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稀土元素(rare earth element,REE)由15个镧系元素及其同族的钪和钇组成,可分为以镧、铈为代表的轻稀土元素和以钇、镥为代表的重稀土元素,通常以共生形式广泛存在于自然界。我国是稀土资源最丰富的国家,稀土储量和产量均居世界首位,在32个省、市、自治区中,有20个发现了稀土矿藏,而且矿物品种齐全。近年来稀土技术在农业生产、医药、生物化学等领域广泛应用,致使稀土元素可经食物链及呼吸道进入机体,进而在组织器官中蓄积。REE并非机体必需元素,研究表明,稀土元素可进入脑组织并在其中蓄积,并可造成中枢神经系统的损伤和功能异常。氧化应激是稀土元素所致的毒作用的重要原因之一。
核因子相关因子2/抗氧化反应元件(Nrf2/ARE)是抗氧化应激损伤的重要信号通路,可调控包括γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)、血红素加氧酶(HO-1)等在内的多种抗氧化酶的表达,从而对细胞产生保护作用以对抗外源刺激所产生的不良效应。
镧是应用广泛、在环境介质和食品中含量较高的REE、也是在脑中蓄积性最强的REE。此外,镧的化学性质十分活泼,几乎能与所有的化学元素和组织成分发生反应,具有较强的生物活性。
本课题以LaCl3为受试物,建立仔鼠镧暴露模型,观察不同剂量LaCl3暴露水平对仔鼠脑皮质ROS、SOD、MDA、GSH-Px、GSH含量,Nrf2、HO-1、γ-GCS和NQO1基因转录与蛋白表达的影响,探讨Nrf2/ARE信号通路在镧所致大鼠CNS损伤中的作用,为阐明镧的神经毒作用机制提供新的实验依据。
实验分组
将动物分为对照组(饮用蒸馏水),低剂量LaCl3组(饮用0.25%LaCl3蒸馏水溶液)、中剂量LaCl3组(饮用0.5%LaCl3蒸馏水溶液)、高剂量LaC;3组(饮用1%LaCl3蒸馏水溶液),仔鼠出生开始染毒,各染镧组仔鼠在断乳前经由吸吮母乳染镧,断乳后则通过自行饮水摄镧,至断乳后2个月结束。
研究方法:
1、ROS含量测定:ELISA试剂盒法。
2、MDA含量测定:硫代巴比妥酸比色法。
3、SOD活力测定:黄嘌呤氧化酶法。
4、GSH含量测定:DTNB显色法。
5、GSH-Px活力测定:邻苯三酚自氧化法(改良Marklund法)。
6、Nrf2、HO-1、γ-GCS、NQO1基因转录水平测定:real-time PCR法。
7、Nrf2、HO-1、γ-GCS、NQO1蛋白水平测定:Western blot法。
结果:
1、大鼠大脑皮质ROS含量
0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质内ROS含量显著高于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质内ROS含量显著高于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质内ROS含量显著高于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
2、大鼠大脑皮质MDA含量
0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质内MDA含量显著高于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质内MDA含量显著高于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质内MDA含量显著高于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
3、大鼠大脑皮质SOD活力
0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质SOD活力显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaC;3组大鼠大脑皮质SOD活力显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaC;3组大鼠大脑皮质SOD活力显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
4、大鼠大脑皮质GSH含量
0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质内GSH含量显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质内GSH含量显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质内GSH含量显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
5、大鼠大脑皮质GSH-Px活力
0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质GSH-Px活力显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质GSH-Px活力显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质GSH-Px活力显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
6、大鼠大脑皮质Nrf2mRNA及蛋白表达水平
(1)大鼠大脑皮质Nrf2mRNA表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2mRNA表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2mRNA表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2mRNA表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
(2)大鼠大脑皮质Nrf2蛋白表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2蛋白表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2蛋白表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质Nrf2蛋白表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
7、大鼠大脑皮质HO-1mRNA及蛋白表达水平
(1)大鼠大脑皮质HO-1mRNA表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1mRNA表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1mRNA表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1mRNA表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
(2)大鼠大脑皮质HO-1蛋白表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1蛋白表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1蛋白表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质HO-1蛋白表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
8、大鼠大脑皮质γ-GCSmRNA及蛋白表达水平
(1)大鼠大脑皮质γ-GCSmRNA表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCSmRNA表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCSmRNA表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCSmRNA表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
(2)大鼠大脑皮质γ-GCS蛋白表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCS蛋白表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCS蛋白表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质γ-GCS蛋白表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
9、大鼠大脑皮质NQO1mRNA及蛋白表达水平
(1)大鼠大脑皮质NQO1mRNA表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1mRNA表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1mRNA表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1mRNA表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
(2)大鼠大脑皮质NQ01蛋白表达水平:0.25%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1蛋白表达水平显著低于对照组(P<0.05),0.5%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1蛋白表达水平显著低于对照组和0.25%LaCl3组(P<0.05),1.0%LaCl3组大鼠大脑皮质NQO1蛋白表达水平显著低于对照组、0.25%LaCl3和0.5%LaCl3组(P<0.05)。
结论:
1、氯化镧暴露可造成大鼠大脑皮质ROS含量增高。
2、氯化镧暴露可造成大鼠大脑皮质GSH含量减少,GSH-Px活力降低,MDA含量增高,SOD活力降低。氯化镧暴露可造成大脑皮质氧化损伤。
3、氯化镧暴露可造成大鼠大脑皮质Nrf2、HO-1、γ-GCS、NQO1基因和蛋白表达水平下降。
4、氯化镧所导致的神经毒作用机制可能与ROS增高导致的氧化损伤及Nrf2/ARE信号转导通路受损有关。