Protective Effects of Chromium Picolinate Against Diabetic-Induced Renal Dysfunction and Renal Fibrosis in Streptozotocin-Induced Diabetic Rats (2020)

https://doi.org/10.3390/biom10030398

 

당뇨병성 신증(DN)은 당뇨병의 주요 합병증으로, 신장 기능 저하 및 신부전으로 이어질 수 있는 심각한 질환이다. DN의 주요 병리학적 특징으로는 사구체 기저막의 두꺼워짐, 세포외기질(ECM) 축적, 신간질 염증, 신섬유화, 사구체 경화 등이 있다. 크롬 피콜리네이트(CrPic)는 혈당 조절 및 인슐린 민감성 개선 효과로 당뇨병 치료에 사용되고 있지만, DN 예방 및 치료 효과는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 STZ(스트렙토조토신)로 유도한 당뇨병성 신증 쥐 모델에 대해 CrPic의 효과를 평가하고 그 작용 기전을 규명했다.

 

연구 방법 및 설계

1. 모델 유도

   • 8주령 SD 쥐를 대상으로 STZ(45 mg/kg)를 주사하여 DN 모델을 유도
   • 3일 후 비단식 혈당이 16.7 mmol/L 이상이고 소변에서 단백뇨가 확인된 쥐를 연구 대상으로 선정

2. 군 분류

   • CON 그룹(정상 대조군): 일반 물 공급
   • DN 그룹(당뇨병성 신증): 물 공급
   • DN-Cr 그룹: CrPic(1 mg/kg/일) 투여
   • DN-Met 그룹: 메트포르민(150 mg/kg/일) 투여

3. 데이터 수집

   • 8주간 체중, 음식 섭취량, 물 섭취량, 혈당 및 혈청 인슐린 수치를 주간 측정
   • 실험 종료 후 신장 조직과 혈청 샘플 수집 및 분석

4. 분석 항목

   • 신기능 평가: 혈청 크레아티닌(SCr), 혈액요소질소(BUN), 소변 알부민 농도 측정
   • 항산화 상태 평가: 신장 조직에서 MDA(말론다이알데하이드) 농도와 SOD, CAT, GPX 활성 측정
   • 병리학적 변화 평가: H&E, PAS, Masson 염색을 통해 조직 병변 관찰
   • 면역조직화학 분석: TGF-β1/Smad2/3 신호 경로 단백질 발현 분석

 

연구 결과

1. 체중 및 대사 개선 효과

   • DN 그룹은 체중 감소, 음식 및 물 섭취 증가, 고혈당 및 고인슐린 상태를 보임
   • CrPic 투여 후 체중 증가, 음식 및 물 섭취 감소, 혈당 및 인슐린 농도 감소가 관찰됨
   • 이는 CrPic가 당뇨병과 관련된 대사 이상을 효과적으로 개선할 수 있음을 시사

2. 신기능 보호 효과

   • DN 그룹에서 SCr, BUN, 소변 알부민 수치가 유의하게 증가했으나, CrPic 투여 후 이들 지표가 유의하게 감소
   • 이는 CrPic가 사구체 여과막 손상을 줄이고 신기능 저하를 예방할 수 있음을 나타냄

3. 조직 병리학적 변화 완화

   • DN 그룹은 사구체 구조 손상, 신간질 염증세포 침윤, 신세관 기저막 두꺼워짐, 신섬유화를 보임
   • CrPic 투여 후 이러한 병리학적 변화가 유의하게 완화됨
   • Masson 염색에서 신간질 섬유화 영역이 감소했으며, PAS 염색에서 사구체 경화지수(GSI)가 유의하게 감소

4. 항산화 효과

   • DN 그룹은 MDA 수치가 상승하고 SOD, CAT, GPX 활성도가 감소했으나, CrPic 투여 후 MDA 수치가 정상화되고 항산화 효소 활성도가 회복됨
   • 이는 CrPic가 산화 스트레스를 억제해 DN 진행을 막는 기전을 가짐을 보여줌

5. TGF-β1/Smad 신호 경로 억제

   • TGF-β1 및 Smad2/3 발현이 DN 그룹에서 증가했으나 CrPic 투여 후 감소
   • 이는 CrPic가 ECM 축적과 신섬유화를 억제하여 DN 진행을 막는 데 효과적임을 시사

 

 

그래프 설명

1. Body Weight: DN 그룹은 체중이 감소했으나 CrPic와 Metformin 그룹은 체중이 증가하며 회복 경향을 보였다.
2. Serum Creatinine: DN 그룹에서 크레아티닌 수치가 증가했으나 CrPic 투여 후 유의미하게 감소했다.
3. Blood Urea Nitrogen (BUN): DN 그룹은 BUN 수치가 높았으나 CrPic 투여로 개선되었다.
4. Urinary Albumin: DN 그룹은 소변 알부민 수치가 높았으나 CrPic와 Metformin 투여로 감소했다.
5. SOD Activity: DN 그룹은 SOD 활성도가 낮아졌으나 CrPic가 이를 회복시켰다.
6. MDA Concentration: DN 그룹에서 산화 스트레스 지표인 MDA가 높았으나 CrPic가 이를 억제했다.

 

연구 결론

CrPic는 항산화 활성 증가와 TGF-β1/Smad 신호 경로 억제를 통해 신섬유화와 사구체 경화를 완화하고 신장 조직 병리학적 변화를 복구했다. 이러한 결과는 CrPic가 당뇨병성 신증 관리에 있어 유용한 영양 보충제가 될 수 있음을 시사한다. DN 환자를 위한 CrPic의 잠재적 임상 활용 가능성이 기대된다.

 

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