Nrf2/ARE信号通路在镧所致子代大鼠大脑皮质氧化损伤中的作用及其机制研究

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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。
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