二甲双胍基于Nrf2/HO-1/NF-κB信号通路对腰椎间盘退变的影响

摘要

目的探讨二甲双胍基于核转录因子红系2相关因子2(Nrf2)/血红素氧合酶1(HO-1)/核转录因子κB(NF-κB)信号通路对腰椎间盘退变的影响。方法选取120只雄性新西兰大白兔,选取其中100只大白兔建立腰椎间盘退变模型,并随机分为模型组(灌胃生理盐水10 mL/kg)、二甲双胍低剂量组(灌胃二甲双胍40 mg/kg)、二甲双胍高剂量组(灌胃二甲双胍160 mg/kg)、Nrf2抑制剂组(腹腔注射全反式维甲酸7 mg/kg)、二甲双胍+Nrf2抑制剂组(灌胃二甲双胍160 mg/kg+腹腔注射全反式维甲酸7 mg/kg),每组20只。将其余20只大白兔作为假手术组(灌胃生理盐水10 mL/kg)。各组大白兔给予相应干预4周后,进行X线及MRI检查,以观察腰椎骨质改变情况及退变程度;采用HE染色法观察各组大白兔椎间盘组织形态变化;采用免疫组化染色法检测各组大白兔椎间盘组织Ⅱ型胶原蛋白、Nrf2阳性表达水平;采用ELISA检测各组大白兔椎间盘组织白细胞介素(IL)-6、IL-1β、活性氧簇、丙二醛水平;采用Western blot检测各组大白兔椎间盘组织Nrf2/HO-1/NF-κB信号通路相关蛋白、超氧化物歧化酶2(SOD2)蛋白、过氧化氢酶(CAT)蛋白、Caspase-3蛋白、Ⅰ型胶原蛋白表达量。结果(1)与假手术组相比,模型组大白兔的椎间盘纤维环及髓核细胞坏死严重,L 4~5椎间盘相对高度降低,椎间盘Prirrmann分级评分升高,椎间盘组织中的Ⅱ型胶原蛋白及Nrf2平均光密度值均降低,IL-6、IL-1β、活性氧簇、丙二醛水平均升高,Nrf2蛋白、HO-1蛋白、SOD2蛋白、CAT蛋白、Ⅰ型胶原蛋白表达量均降低,磷酸化NF-κB(p-NF-κB)/NF-κB值、Caspase-3蛋白表达量均升高(均P<0.05)。(2)与模型组相比,二甲双胍低剂量组、二甲双胍高剂量组大白兔的椎间盘纤维环及髓核细胞坏死情况有所改善,L 4~5椎间盘相对高度均升高,椎间盘Prirrmann分级评分均降低,椎间盘组织中的Ⅱ型胶原蛋白及Nrf2平均光密度值均升高,IL-6、IL-1β、活性氧簇、丙二醛水平均降低,Nrf2蛋白、HO-1蛋白、SOD2蛋白、CAT蛋白、Ⅰ型胶原蛋白表达量均升高,p-NF-κB/NF-κB值、Caspase-3蛋白表达量均降低(均P<0.05),且二甲双胍高剂量组上述指标优于二甲双胍低剂量组。(3)与模型组相比,Nrf2抑制剂组上述观察指标的变化均与二甲双胍各剂量组相反。(4)相比于二甲双胍低剂量组、二甲双胍高剂量组,二甲双胍+Nrf2抑制剂组大白兔的椎间盘纤维环及髓核细胞坏死更严重,椎间盘Prirrmann分级评分升高,椎间盘组织中的Ⅱ型胶原蛋白及Nrf2平均光密度值均降低,IL-6、IL-1β、活性氧簇、丙二醛水平均升高,Nrf2蛋白、HO-1蛋白、SOD2蛋白、CAT蛋白、Ⅰ型胶原蛋白表达量均降低,p-NF-κB/NF-κB值、Caspase-3蛋白表达量均升高(均P<0.05)。结论二甲双胍可能通过激活Nrf2/HO-1信号通路,抑制NF-κB活化,来发挥抗炎、抗氧化应激及抗凋亡作用,从而延缓椎间盘退变,且高剂量(160 mg/kg)二甲双胍的干预效果更好。