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小魚腎戰士之綠光傳說 淡江大學化學系陳曜鴻

傳說中, 神秘的Zone 203住著一群會發出綠光的小魚腎戰士, 牠們背負著神聖的使命…..

Zone 203

拯救腎衰竭

人類泌尿系統示意圖 Figure 25.9A–D Aorta Inferior vena cava Renal artery and vein Ureter Urinary bladder Urethra A The excretory system Kidney Renal cortex Renal medulla Renal pelvis B The kidney Bowman’s capsule C Orientation of a nephron within the kidney Renal artery Renal vein Nephron tubule Collecting duct To renal pelvis Glomerulus 1 Proximal tubule 3 Distal tubule Capillaries From another nephron Arteriole from renal artery Arteriole from glomerulus Branch of renal vein 2 Loop of Henle with capillary network D Detailed structure of a nephron Figure 25.9A–D

腎臟主要的功能： (一)排泄廢物：每天排出1~2升之水份及25~35公克的蛋白質 代謝的含氮廢物。（主要為尿素、尿酸、肌酸酐） (二)調節水份及電解質：維護鈉、鉀、鈣、鎂、磷之穩定 及維持血漿滲透壓。 (三)調節酸鹼平衡 (四)調整血壓：經由腎素體系進行調節。 (五)荷爾蒙的製造：製造活性vit.D3(以維持骨頭的鈣、磷 代謝)，製造紅血球生成素（維持血紅素之平穩）、腎 素（renin）、前列腺素等。 (六)參與荷爾蒙的代謝：胰島素、副甲狀腺素、胃泌激素 …等。

Kidney dialysis can be a lifesaver Compensating for kidney failure A dialysis machine removes wastes from the blood and maintains its solute concentration Line from artery to apparatus Tubing made of a selectively permeable membrane Pump Dialyzing solution Line from apparatus to vein Figure 25.12 Fresh dialyzing solution Used dialyzing solution (with urea and excess ions)

慢性腎衰竭的預後及死亡 Cardiovascular disease , cerebrovascular disease △長期透析治療的死亡三大原因：infection， Cardiovascular disease , cerebrovascular disease △好好控制一些risk factor，存活率高。 △糖尿病患預後通常較差。

早期發覺：定期尿液檢查 定期追蹤治療：找腎臟科醫師處置 控制飲食：少吃鹽，少吃肉，控制水分 控制血壓：130/80 以下 不要亂服偏方成藥

A B C D 斑馬魚的外型：斑馬魚是一種淡水熱帶魚，公魚體表略呈橘黃色(A)，母魚的腹部則較為飽滿(B)。授精後的胚胎為透明狀，可直接透過顯微鏡觀察。(C)授精後約16小時；(D)授精後約25小時。

斑馬魚的優勢

顯微注射

如何做出各種不同的螢光魚? 紅螢光 皮膚開關 紅螢光 血球開關 血管開關 綠螢光 心臟開關 綠螢光 肝臟開關 綠螢光 腎臟開關 綠螢光 17

各種不同的螢光魚 A Udvadia and Linney, 2003 Ju et al., 2003 Huang et al., 2003 Park et al., 2000 Hagashijima et al., 2000 Ju et al., 2003 Huang et al., 2003 This study Her et al., 2003 A C 18

MOCK 36 hpf UO YE DLAV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 36 hpf 19 19

小魚腎戰士

小鼠與斑馬魚腎臟發育過程之比較 Drummond, 2003, Trends Cell Biol

加入測試品A 加入測試品B 加入測試品C 測試品A可能有毒 養在24孔培養槽中 觀察胚胎發育過程是否被干擾或破壞 交配產卵 利用斑馬魚來進行毒性測驗：先讓成魚自然交配產卵，再將授精後的胚胎數個一組，養在24孔培養槽中，最後加入欲測試的測試品ABC，如果測試品A會影響胚胎發育的過程，則可能有潛在的生物毒性。

利用斑馬魚的優勢建立快速篩選藥物之平台 Langheinrich 2003

Tested compounds Malformed kidney Normal kidney Sodium benzoate NSAID Aristolochic acid Glomerular filtration rate (GFR) assays

苯甲酸鈉(sodium benzoate) Duration: 24-48 h Tsay et al., 2007

Nonsteroidal Anti-inflammatory Drug (NSAID) Ibuprofen Diclofenac Acetaminophen

NSAID會造成腎損傷 No treatment Diclofenac Ibuprofen Acetaminophen Duration: 12-24 h Peng et al., 2010

馬兜鈴酸(aristolochic acid) 中草藥常見的成份 曾經用來當成減肥配方 具有腎毒性(胚胎腎毒性?)

馬兜鈴酸之化學結構式 (ChemIDPlus 2004b, IARC 2002)

中草藥腎病(CHN)或 馬兜鈴酸腎病(AAN)？ 1993 Vanherweghem, Lancet 1990“粉防己(Stephania tetrandra)”和“廣防己(Aristolochia fangchi)” 腎小管上皮細胞壞死及腎間質纖維化(rapidly progressive interstitial renal fibrosis) 急性腎衰竭(Acute renal failure) 和泌尿上皮細胞癌症(Urothelial carcinoma)

浸泡馬兜鈴酸後原腎之不同畸形型態 A B gl pt pd Mock C D 48 hpf Ding and Chen, 2012, Toxicol Appl Pharmacol

馬兜鈴酸造成斑馬魚之腎功能低下 Control No treatment Method VII Method VIII After 1 hr Ding and Chen, 2012, Toxicol Appl Pharmacol

Glomerular filtration rates (means ±SD%) 馬兜鈴酸導致斑馬魚腎臟功能受下降 Group Glomerular filtration rates (means ±SD%) No treatment 100±6.36 88.38±6.36 Method VII 71.48±14.67 63.17±14.67 Method VIII 39.41±15.88 34.83±15.88

馬兜鈴酸造成斑馬魚之紅血球堆積 36 hpf 48 hpf Ding and Chen, 2012 MOCK AA MOCK AA A E B F J N C G K O D H L P Ding and Chen, 2012

馬兜鈴酸導致紅血球堆積於腎管及腸道 A B MOCK AA Ding and Chen, 2012

馬兜鈴酸對循環系統之影響 A B MOCK C D AA

馬兜鈴酸影響之機制 AA 31hpf 急性發炎 48hpf前 腎臟損傷 造血器官損傷，血球數變少，血流量變慢 心臟發育異常

馬兜鈴酸腎毒性比較 人 鼠, 兔 斑馬魚 腎小管 急性壞死 稍微萎縮 腎間質 水腫 無明顯病變 有空洞 腎小球 基本正常,偶有少量淋巴及單核細胞浸潤 水腫與血球細胞浸潤

Kidney return to normal Normal kidney Toxin exposure Kidney failure Drug and toxin Kidney return to normal Drug treatment

仙草(熊果酸)及紅酒(白藜蘆醇)之簡介 1984年曾自仙草分離出來 1940年首次由白藜蘆的根分離出來 為中藥草鎖陽主要成份之一 生物活性：明顯的保肝作用 增加身體免疫的能力 抗發炎 抗腫瘤 抗高血脂症 抑制潰瘍 抑制菌體生長以及降低血糖 1940年首次由白藜蘆的根分離出來 天然多酚類化合物，在水果及蔬菜中均可發現白藜蘆醇的存在，在自然界中則被發現在葡萄子及花生根內有很高濃度的白藜蘆醇含量 生物活性：具有抗發炎 心臟防護 神經防護 抗老化 預防及治療癌症等特性 (Castro et al., 2008) (Liu et al., 1994；Recio et al., 1995；Suh et al., 1998 ；Vasilenko et al., 1982：Wrzeciono et al., 1985； Zaletova et al., 1986： Liu et al., 1994 ）

Blocking the Development of Cancer

白藜蘆醇與熊果酸會減低馬兜鈴酸引起之腎臟型態改變 Developmental stages (hpf) 0 12 24 31 Resv or UA AA A B MOCK 5ppm AA C D 5ppm AAI+10ppm RESV 5ppm AAI+10ppmUA 48 hpf

白梨蘆醇與熊果酸可中和掉馬兜鈴酸之腎毒性 Group Glomerular filtration rate (means %) No treatment 100 77.18 5ppm AA 60.09 46.38 10ppm Resv預防 82.28 63.5 10ppm UA預防 85.23 65.78 No 5 ppm 10 ppm Resv 10 ppm UA treatment AA 預防 預防 After 1hr After 24hr

熊果酸及白藜蘆醇防護對循環系統之影響 A B MOCK C D AA

白藜蘆醇防護對循環系統之影響 A B AA C D RESV E F RESV+AA

熊果酸防護對循環系統之影響 A B AA C D UA E F UA+AA

熊果酸及白藜蘆醇防護對循環系統之影響 MOCK AA UA UA+AA RESV RESV+AA

總結 小鼠 斑馬魚 子宮內發育 Yes No 胚胎期 21天 2-3天 每胎生育數 8-16個 150-300個 身體透明度 High 給藥方式 口服/注射 浸泡/注射/口服 實驗花費/天（美金） >1.0 ~0.1

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