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  • 2022-04-22 13:44:42 发布

黄芪甲苷对高胰岛素环境下肾小球系膜细胞的保护作用及其机制.pdf

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'中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线黄芪甲苷对高胰岛素环境下肾小球系膜细#胞的保护作用及其机制11,211**段文婷,李卫平,徐源,黄存东5(1.安徽医科大学药理学教研室,合肥230031;2.安庆医药高等专科学校,安庆246052)摘要:目的探究黄芪甲苷(As-IV)对人肾小球系膜细胞(HMC)在高胰岛素环境下PI3K/AKT/GSK-3β的调控及保护作用。方法将HMC作为操作对象,设立如下分组:(1)正常组(NG)、高胰岛素组(HINS,包括2,4,8,16,32,64,128nmol/L);(2)正常10组(NG)、高胰岛素组(HINS,128nmol/L)、AS-IV(25,50,100μmol/L)、Tempol组(100μmol/L)、LY294002(10μmol/L)组。干预12h后,用MTT法检测HMC细胞状态与细胞数量的受影响情况;DCFH-DA法检测每一组中ROS表达量;Westernblot法检测每一组HMC细胞akt、p-akt、gsk-3β、p-gsk-3β、TRPC6蛋白表达差异;Flu-3/AM荧光探针检测细胞内游离钙离子浓度。结果不同时间和剂量下,胰岛素对细胞的增殖具有浓度依15赖性的促增殖作用;在实验剂量下,As-IV对高胰岛素环境下HMC细胞的增值具有随剂量递增的抑制作用。与高胰岛素组相比,AS-IV可在一定程度上减少HMC细胞内ROS含量;显著提高TRPC6蛋白表达程度,下调HMC细胞内p-Akt、p-gsk-3β蛋白表达程度。上升细胞内游离的钙离子浓度。结论AS-IV对在高胰岛素环境下HMC的生长具有保护作用,其原理可能与AS-IV提高HMC抗氧化能力、降低p-Akt、p-gsk-3β蛋白含量、提高20TRPC6表达水平和细胞内游离钙离子浓度有关。关键词:糖尿病;人肾小球系膜细胞;黄芪甲苷;钙离子;TRPC6中图分类号:R587.24ProtectiveeffectsofAs-IVonhighinsulininducedhuman25mesangialcellsinjuryanditsmechanisms11,211DuanWenting,LiWeiping,XuYuan,HuangCundong(1.DepartofpharmacologyAnhuiMedicalUniversity,Hefei230031;2.AnqingMedicalCollege,Anqing246052)Abstract:ObjectiveToresearchtheprotectiveeffectsofAstragalosidesIV(AS-IV)onhighinsulin30inducedhumanmesangialcells(HMCs)injuryinvitroanditspotentialmechanisdisms.MethodsHMCswastakenastargetcells.TreatedHMCswithdifferentconcentrationsandtimeofinsulin,analyzedtheproliferationandviabilitybyMTTassaytoselectthedose-andtime-dependentmannersofinsulin.TheHMCswasdividedandtreatedasfollows:(1)normalgroup(NG),insulin(INS,respectivelytreatedwith2,4,8,16,32,64,128nmol/Linsulin)group;(2)normalgroup(NG),highinsulingroup35(HINS,128nmol/L),As-IV(25,50,100μmol/L)andTempol(100μmol/L),LY294002(10μmol/L).Aftertreatingfor12hours,theproliferationandviabilitywasanalyzedbyMTTassay.Thereactiveoxygenspecies(ROS)productedinHMCwasmeasuredbyDCFH-DA.Westernblotwasusedtotesttheexpressionofp-Akt、p-gsk-3andTRPC6protein.Flu-3/AMasafluorescentprobefordetectingintracellularcalciumionconcentrationineachgroup.ResultsTheproliferationofMHCswasenhanced40inadose-andtime-dependentmannersbyincreasingconcentrationsandtimeofinsulin.ComparedwithHINSgroup,Tempol,LY294002,As-IVtreatmentsignificantlyinhibitedHMCsproliferation,reducedintracellularROScontentsanddecreasedtheexpressionofp-Aktandp-gsk-3(P<0.05,P<0.01),increasedtheexpressionofTRPC6andincreasedintracellularcalciumionconcentration.ConclusionInsulincanpromotetheproliferationofHMCculturedinvito.As-IVhasprotectiveeffectsonHMCs基金项目:国家自然科学基金(编号:81173624);安徽省国际合作项目(编号:1230603007);安徽省教育厅自然科学基金(编号:KJ2012A192);高等学校博士点专项科研基金(编号:20123420110004)作者简介:段文婷(1990-),女,硕士研究生,主要研究方向:内分泌药理通信联系人:李卫平(1960-),男,教授、博导,主要研究方向:内分泌药理学.E-mail:lwp19@126.com-1- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线45inducedbyhighinsulininjuryrelatetoinhibitHMCsproliferation,againstoxidativedamage,reducesp-Akt,p-gsk-3βproteincontent,increasedexpressionofTRPC6andincreasedcalciumionconcentrationincells.Keywords:Diabeticmellitus;Humanglomerularmesangialcell;AstragalosideIV;calciumion;TRPC6;500引言高胰岛素(Highinsulin,HINS)血症是指血液中的胰岛素含量明显高于正常状态下胰腺分泌的胰岛素浓度值。HINS状态在I型糖尿病和II型糖尿病中都可以出现,并且作为II型55糖尿病的重要特征。HINS能够引起HMC增生、肥大,促进ECM堆积,参与肾纤维化、炎症反应及蛋白尿的产生,由此可见HINS是导致II型糖尿病患者病情加重,诱发高血压、冠心病、DN等并发症的重要因素。微量蛋白尿作为DN早期的重要临床表现之一,其与肾脏[1]疾病进程密切相关。HINS与微量白蛋白尿或尿白蛋白排泄率之间具有明显关联被大量科[2]学家用于研究证实。此外,有体内实验表明,在HINS环境下DN的早期特征性病变阶段[3]60伴有肾小球增生肥大。体外实验也表明,高胰岛素能够引起肾小球系膜细胞增生肥大。因此,探究HINS在DM和肾脏疾病中发挥作用具有重大意义。黄芪甲苷(AstragalosidesIV,AS-IV)是黄芪中已知的有效复合化合物质。本科研队伍经多年研究,发现AS-IV具有调节氧化应激和免疫等多种药理作用。随着黄芪提取物对糖尿病治疗的临床病例越来越多,不断有研究显示两者关系密不可分,具有高度探索价值;本科研组对AS-IV及其单体黄芪甲[4]65苷的药理作用进行了深入研究;在此,本研究拟在体外对高胰岛素培养的肾小球系膜细胞受黄芪甲苷的保护作用进行机制研究,寻找合理治疗方案、提供理论治疗基础。1材料与方法1.1材料人源肾小球系膜细胞(HumanMesangialCell,HMC)株由中南大学现代分析测试中心提70供;黄芪甲苷(As-IVragalosides,AS-IV):纯度≥98%,南京泽朗医药科技有限公司;DMEM、胎牛血清:Hyclone,赛默飞世尔生物化学制品有限公司;青霉素链霉素双抗、DMSO:GIBCO公司;MTT、Marker:Fermentas公司;二氢二氯荧光素(DCFH-DA)染料、RIPA细胞裂解液、BCA蛋白质定量试剂盒:碧云天生物技术研究所;兔抗人gsk-3磷酸化单克隆抗体抗体、小鼠抗人TRPC6抗体,英国Abcam公司;小鼠抗GAPDH抗体:Santacruz公75司;1.2方法1.2.1细胞培养与分组将HMC细胞混悬液培养于培养瓶中,置于37℃,5%CO2恒温培养箱培养,2~3天传代1次,生长至融合状态,即可传代。实验分组:(1)正常组(NG,5.5mmol/L葡萄糖)、80胰岛素组(INS,分别含2,4,8,16,32,64,128nmol/L胰岛素);(2)正常组(NG,5.5mmol/L葡萄糖)、高胰岛素(HINS,128nmol/L)组、As-IV(25,50,100μmol/L)组、Tempol(100μmol/L)组、LY294002(10μmol/L)组;药物作用时间为12h。1.2.2MTT比色法检测高胰岛素培养HMC细胞状态与细胞数量取对数期生长细胞,经过0.25%胰蛋白酶消化后接种于96孔板,96孔板边缘四周留空585不接种,每孔200μl培养液,接种细胞量为1×10/ml。种板24h后细胞生长至70%后用不含血清的低糖DMEM培养基饥饿24h,待细胞处于同一生长周期后,按照“1.2.1”分组,-2- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线每组设6个复孔,另设不含细胞的高胰岛素培养基空白对照。给药干预12h后,每孔加入20μl浓度为5mg/mlMTT,置于37℃,5%CO2培养箱中避光孵育4h,轻轻吸走上清液,并加入150μl/孔DMSO溶液,匀速震摇10min后,比色法测得490nm处各孔吸光值,重90复三次取平均。1.2.3流式细胞仪技术检测细胞内ROS表达量将HMC细胞混悬液均匀铺种于6孔板中,加入2ml/孔细胞培养液,细胞计数为(2-5)5×10个/ml。在孵育箱孵育24h后细胞生长约至70%,用无血清的低糖培养液饥饿24h,使其处于G0/G1期。按照“1.2.1(2)”分组,给药干预12h后,用无血清的培养基配置的95浓度为10μmol/LDCFH-DA,每孔0.5ml。置于培养箱中孵育30-60min后,用无血清培养基或PBS洗涤3次,每次5-10min,用于清除残留的DCFH-DA,吸弃培养基,用PBS洗涤细胞,每孔加入300μl胰酶进行消化后,用微量移液器吹打细胞,避免气泡,使细胞全部脱落。吸取胰蛋白酶,混合2ml10%血清的DMEM,1000r/min,5min分离;吸弃上清,加入适量PBS清洗细胞2次;1000r/min,5min离心、吸弃上清液,每管中混入300μlPBS。100采用FCM检测HMC混悬液中的ROS含量。1.2.4Westernblot法检测HMC内TRPC6、p-Akt、总Akt、p-gsk-3、总gsk-3表达52将细1×10/瓶的HMC均匀铺种于25mm细胞培养瓶中孵育48h后待生长至70%用无血清的培液基同步24h,使其处于G0/G1期。按照“1.2.1”分组,给予药物处理24h后,每6瓶细胞加入1ml消化液消化1min后,将细胞轻轻吹打至全部脱落,每10的细胞悬液中加105入100ulRIPA细胞裂解液裂解30min,每15min震摇一次,12000r/min离心10min。收集上清蛋白。用BCA蛋白定量试剂盒计算每组蛋白含量。将最终得到的蛋白总量4:1混合于5×上样缓冲液中充分混匀,在100℃金属浴中变性10min,储存于-80℃冰箱。在SDS-PAGE凝胶中将蛋白电泳分离,再电湿转至膜孔为0.45μmPVDF膜上,用含5%脱脂奶粉的TBST封闭液室温下封闭1-2h,在摇床上匀速震摇。封闭完用配好的TBST溶液110在摇床上缓速洗涤10min/次,共3次。将不同蛋白检测条带加入相应一抗孵育液中4℃摇床上过夜。同上用TBST洗涤10min/次,共3次。加入相应辣根过氧化物标记的二抗(1:10000)25℃孵育1h后用TBST洗涤10min/次,共3次。用ECL化学发光法将蛋白成像,最后用ImageJ软件分析影像灰度值。1.2.5细胞内游离钙离子浓度的检测115将分组(3)的细胞培养12h后,吸弃上清液中的培养基,用HBSS溶液润洗3次。目的是为了避免可能残留的血清中的酯酶会剪切AM体,阻碍Fluo-3/AM进入细胞内,并且培养基中的酚红成分也会是本底值略微偏高。加入300μl配制好的Fluo-3/AM和F-127工作液,在37℃恒温培养箱中孵育60分钟后,没个10分钟震荡一次,以便反应能够充分。去除Fluo-3/AM和F-127工作液,用HBSS溶液润洗3次除去残存的Fluo-3/AM和F-127工作120液,加入0.5mlHBSS溶液覆盖细胞表面30分钟,让AM在细胞中发生去酯化反应。在荧光显微镜下,采用激发波长480-500nm,发射波长525-530nm的激发光记录视野下细胞的荧光强度。1.3统计学处理_实验数据运用SPSS16.0软件进行统计学分析。计量资料用均数±标准差(x±S)表示,125多组差异采用组间比较单因素方差分析,组内两两比较采用LSD检验。检验显著性水平P<0.05-3- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线2结果2.1INS影响HMC细胞增殖的情况与NG组相比较,INS(2,4,8,16,32,64,128nmol/L)组分别处理3h、6h、13012h后,OD值依次升高,并且显示出时间和浓度依赖性。作用于HMCs12h的INS(128nmol/L)组(p<0.01),见图1._图1不同浓度INS处理不同时间对HMC增殖的的影响(n=6,x±s)A:正常组;B:HINS(2nmol/L);C:HINS(4nmol/L);D:HINS(8nmol/L);E:HINS(16nmol/L);135F:HINS(32nmol/L);G:HINS(64nmol/L);H、HINS(128nmol/L);_Fig.1Opticaldentisity(OD)ofHMCsunderinsulinconditionsatdifferenttimebyMTTcolorimetry(n=6,±sx),***###p<0.05comparedwithNG3h;p<0.05,p<0.01comparedwithNG6h;p<0.05,p<0.01comparedwithNG12hA:NG;B:HINS(2nmol/L);C:HINS(4nmol/L);D:HINS(8nmol/L);E:HINS(16nmol/L);F:HINS140(32nmol/L);G:HINS(64nmol/L);H:HINS(128nmol/L);2.2As-IV对HINS刺激的HMC增殖的影响HINS处理12h后,与正常组相比OD值明显增加,提示HINS具有很强的促细胞增殖能力。与HINS相比,不同浓度AS-IV给药组的OD值降低,浓度的越大降低越明显。其中,As-IV(25,50,100μmol/L)组显示统计学意义(P<0.05,P<0.01),Tempol组、LY294002145组的OD值也存在明显减少(P<0.01),见图2.-4- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线_图2As-IV对HINS刺激的HMC增殖的影响(n=6,x±s)A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(12.5μmol/L);D:AS-IV(25μmol/L);E:AS-IV(50μmol/L);F:AS-IV(100μmol/L);G:Tempol组;H:ly294002组;150Fig.2Opticaldentisity(OD)ofAs-IVonhighinsulin-inducedHMCsbyMTTcolorimetry(n=6,x±s),##***p<0.01comparedwithNG;p<0.05,p<0.01comparedwithHINS_A:NG;B:HINSx;C:AS-IV(12.5μmol/L);D:AS-IV(25μmol/L);E:AS-IV(50μmol/L);F:AS-IV(100μmol/L);G:Tempol;H:ly294002;2.3As-IV对HINS诱导的HMCs中ROS含量的影响155与NG组相比,HINS组细胞中的ROS荧光强度显著升高(P<0.01)。不同浓度的AS-IV(25,50,100μmol/L)能够高效降低细胞中的ROS荧光强度(P<0.05,P<0.01),且高剂量组的作用效果接近正常组含量。阻断剂ly294002、Tempol有效降低了细胞中ROS的荧光表达(P<0.01)。见图3.-5- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线160图3DCFH-DA荧光染色检测As-IV对HINS诱导的HMCs中ROS含量的影响(n=3,±s),200×_A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(25μmol/Lx);D:(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol组;G:ly294002组;165Fig.3EffectofAs-IVontheROSlevelinhighinsulin-inducedHMCsbyDCFH-DA(n=3,±s),200×A:NG;B:HINS;C:AS-IV(25μmol/L);D:AS-IV(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol;G:ly294002;2.4AS-IV对高胰岛素环境下HMC细胞内p-Akt、p-gsk-3表达影响HMC体外培养时,与NG组相比,在HINS组p-Akt、p-gsk-3蛋白灰度值明显升高170(P<0.01)。在不同浓度AS-IV(25,50,100μmol/L)组的作用下p-Akt、p-gsk-3蛋白的表达被抑制(P<0.05,P<0.01),且显浓度依赖性。而在阻断剂组中,Tempol、ly294002同时下调了HINS环境下HMC中p-Akt、p-gsk-3蛋白的表达。见图4-5-6- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线_175图4As-IV对高胰岛素诱导的HMCs中p-Akt、总Akt蛋白表达的影响(n=3,x±s)A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(25μmol/L);D:(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol组;G:ly294002组;Fig.4EffectofAs-IVontheexpressionofp-Akt、totalAktproteininhighinsulin-inducedHMCsby_Westernblot(n=3,x±s)180A:NG;B:HINS;C:AS-IV(25μmol/L);D:AS-IV(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol;G:ly294002;-7- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线_图5As-IV对HINS诱导的HMCs中p-gsk-3、总gsk-3蛋白表达的影响(n=3,x±s)185A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(25μmol/L);D:(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol组;G:ly294002组;Fig.5EffectofAs-IVontheexpressionofp-gsk-3、totalgsk-3proteininhighinsulin-inducedHMCsby_Westernblot(n=3,x±s)A:NG;B:HINS;C:AS-IV(25μmol/L);D:AS-IV(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol;190G:ly294002;2.5As-IV对HINS诱导的HMC中TRPC6蛋白的表达以及细胞内游离钙离子的浓度的影响与正常组相比,HINS组下调TRPC6蛋白的表达,引起细胞内游离钙离子的浓度的降低(P<0.01)。在Tempol组、ly294002组和不同浓度的AS-IV(25,50,100μmol/L)组195能够有效抑制HINS素环境下TRPC6的含量和钙离子的浓度的下降(P<0.05,P<0.01),且呈浓度依赖性,AS-IV高剂量组(100μmol/L)的作用效果最明显。由结果可知,AS-IV保护HMC,干预调控HINS环境下TRPC6表达,当TRPC6表达含量上升时,引起钙离子内流,见图6-7。200图6As-IV对HINS诱导的HMCs中TRPC6蛋白表达的影响(n=3,x±s)A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(25μmol/L);D:(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol组;G:ly294002组;Fig.6EffectofAs-IVontheexpressionofTRPC6proteininhighinsulin-inducedHMCsby205Westernblot(n=3,x±s)A:NG;B:HINS;C:AS-IV(25μmol/L);D:AS-IV(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol;G:ly294002;-8- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线210图7荧光探针检测As-IV对HINS诱导的HMCs中钙离子浓度的影响(n=3,x±s),200×A:正常组;B:高胰岛素组;C:AS-IV(25μmol/L);D:(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:215Tempol组;G:ly294002组;Fig.7EffectofAS-IVontheCa2levelinhighinsulin-inducedHMCsbyDCFH-DA(n=3,x±s),200×A:NG;B:HINS;C:AS-IV(25μmol/L);D:AS-IV(50μmol/L);E:AS-IV(100μmol/L);F:Tempol;G:ly294002;3结论220不同浓度胰岛素能够刺激HMC增值增生,具有浓度与时间依赖性。黄芪甲苷能够有效的保护系膜细胞,维持正常生理功能。抑制高胰岛素环境下引起的系膜细胞增值增生;改善高胰岛素环境下刺激的ROS大量产生的氧化应激状态;降PAI-1的含量,升高PA的浓度和PA/PAI-1的比值,改善高胰岛素环境下ECM的堆积;阻断高胰岛素环境下HMC中-9- 中国http://www.paper.edu.cn科技论文在线Akt/gsk-3信号通路的激活;干预调控HINS环境下TRPC6表达,TRPC6表达含量上升,225引起钙离子内流,改善细胞功能和状态。4讨论糖尿病(diabetesmellitus,DM)已经成为目前危害人类健康、社会和经济发展的全球性问题。“联合国糖尿病日”的设立意味着解决这一刻不容缓的问题已经成为医学科研领域共同[6]的目标。一旦DN病程进入蛋白尿期,疾病将发展为ESRD,且病势迅猛。因此,对于DN230的前期干预意义尤为重大。传统中医认为,中药黄芪中含有的蛋白酪氨酸磷酸酶能够刺激胰岛素敏感性,从而达到降血糖作用,且黄芪多糖还能降低尿蛋白、尿白蛋白排泄率以及餐后血糖。AS-IV作为黄芪中的主要有效复合化合成分,是治疗DM的适用药物。HMC细胞是在DN病程中承载致病因子的主要靶细胞,其病理改变对DN的发生发展具有决定性的预示作用。HMC类似平滑肌收缩功能决定肾脏率过滤大小;早期蛋白尿的出2+235现正是由于肾小球滤过功能紊乱而出现了超滤现象;而Ca信号转导的减弱是调节滤过功能[5,6]2+障碍的主要因素之一。HMC细胞表面TRP阳离子信号通路是连通细胞内外Ca转运的[7][8]重要桥梁,TRPC作为TRP家族的主要成员之一,拥有7个亚型,其中TRPC1和TRPC6共同调节HMC细胞的收缩功能,其拥有共同的生理上的相互作用,而TRPC1表达的含量并不受高血糖环境的影响,因此研究TRPC6蛋白含量的变化成为至关重要的途径。DN240发生时,患者体内的血清超氧化物岐化酶的分泌明显少于健康人机体内的表达,由此导致患[9,10]者体内活性氧的蓄积。高胰岛素时,NADPH氧化酶是ROS产生的一个主要渠道。NOX[9-11]4是NADPH氧化酶的一个重要亚型,它广泛分布与肾组织中,患者体内NOX4大量被激活,直接诱导活性氧ROS的产生的同时伴随大量过氧化氢的生成,固然被认为是引发患者生理状态出现氧化应激反应的主要原因。ROS过表达环境下能够改变肾小球的血管通透[12]245性并且影响血流动力,损伤肾组织,介导炎症的发生。同时,细胞外基质(ExtracellularmatrixECM)堆积也是炎症产生的主重要要原因。EMC的组成成分中纤维连接蛋白(Fibronectin,FN)是一种类具有较强的细胞粘附活性的高分子糖蛋白;IV型胶原蛋白(CollagenTypeIV,ColIV)是ECM组成的重要成分,二者是构成ECM的骨架成分,在高[13]胰岛素诱导的DN模型中大量分泌。250磷酸酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide3kinese/proteinkinaseB,PI3K/Akt)是能够影响细胞的增殖、分化、凋亡和转移,当其他因素刺激PI3K/Akt异常表达时,会引起细[14]胞正常生理功能的损伤或缺失。PI3K/Akt的抑制剂是ly294002,能够特定性抑制PI3K的催化和激活,从而阻断下游分子Akt的活化。糖原合成酶激酶-3是在机体广泛存在的一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶,能够磷酸化多种转录因子和细胞骨架蛋白等,在多数细胞进程255和疾病中起到基础作用。GSK-3可以磷酸化灭活胰岛素信号通路中的一些重要信号因子,[15]对糖原合成和糖的转运具有影响作用。早期反应转录因子Egr-1打破了信号通路PI3K-Akt和Erk-MAPA的相互平衡,刺激脂肪细胞产生胰岛素抵抗,进而诱发II型糖尿病。研究结果显示,Tempol、ly294002以及AS-IV均能有效抑制HINS诱导的增生;降低ROS含量的同时也能够阻断HMC中Akt/gsk-3信号通路的激活;提示ROS参与了Akt的激活,260激活的Akt也能刺激ROS的产生,两者对于DN的发生发展起到了协同的促进作用。AS-IV能够同时作用于Akt与ROS,提高TRPC6表达,增加钙离子内流,维持细胞正常的生理功能。改善细胞功能和状态。从而达到延缓肾组织病变和DN的作用。-10- 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