氯化鎳暴露神經(jīng)毒性與線粒體功能障礙的關系研究.pdf

1、研究背景：
　　重金屬元素鎳(Nickel),由于其在工業(yè)中的廣泛應用,在生產(chǎn)與使用過程中常造成職業(yè)暴露,引起職業(yè)人群的健康危害。鎳被機體攝入后,可分布于多個臟器,引起多器官毒性,神經(jīng)毒性是其危害效應的重要表現(xiàn)之一。但鎳的神經(jīng)毒性效應的機制目前尚不明確。線粒體功能障礙是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要病因,也是多種環(huán)境刺激因素引起神經(jīng)毒性的主要途徑。近年研究發(fā)現(xiàn),受缺氧誘導因子-1α(hypoxia-induciblefactor-1alp

2、ha,HIF-1α)調控的microRNA分子miRNA210能抑制硫鐵簇組裝支架蛋白(iron-sulfurclusterassemblescaffold,ISCU)的表達,引起的含硫鐵簇(iron-sulfurcluster,FeS)能量代謝酶失活,由HIF-1α,miRNA210,ISCU構成的“調控軸”激活是多種細胞在缺氧條件下線粒體功能抑制的分子基礎。而鎳暴露也能夠引起HIF-1α在細胞內聚積?；谏鲜龇治?本課題以線粒體功能

3、狀態(tài)改變?yōu)榍腥朦c,通過動物和細胞兩個水平,明確鎳引起的神經(jīng)毒性效應,揭示線粒體功能障礙在鎳神經(jīng)毒性效應中的作用;通過研究miRNA210介導的線粒體呼吸抑制,探討線粒體在鎳暴露條件下出現(xiàn)功能障礙的分子機制。
　　研究內容：
　?、僖岳ッ餍∈蠼?jīng)口暴露可溶性鎳化合物氯化鎳(NiCl2)為實驗模型,利用Morris水迷宮和曠場實驗評價鎳對動物神經(jīng)行為學的影響,明確鎳對小鼠神經(jīng)毒性效應的規(guī)律;在小鼠出現(xiàn)神經(jīng)行為學改變的鎳暴露條件下,

4、檢測動物大腦皮層組織的氧耗率、ATP含量、乳酸含量、NADH/NAD比值、氧化應激狀態(tài)等反應線粒體功能狀態(tài)的指標,探討線粒體功能障礙在鎳神經(jīng)毒性效應中的作用;
　?、谝孕∈笤囵B(yǎng)神經(jīng)元以及小鼠神經(jīng)母瘤Neuro2a細胞為模型,以細胞活力、乳酸脫氫酶釋放等方法評價NiCl2對神經(jīng)細胞的毒性效應;同時,檢測NiCl2對氧自由基水平、ATP含量、線粒體膜電位以及線粒體DNA的拷貝數(shù)等線粒體功能狀態(tài)的影響;利用褪黑素和左旋肉堿這兩種對線

5、粒體功能有確切保護效應的化合物進行預處理,評價其通過維持線粒體功能拮抗鎳神經(jīng)細胞毒性;
　?、墼阪嚤┞稐l件下,檢測Neuro2a細胞中HIF-1α、miRNA210、ISCU等分子的表達變化,評價該調控軸的活化水平;并對miRNA210的表達進行正負調控,檢測相應的ISCU的表達,FeS能量代謝酶活性以及線粒體功能狀態(tài)的變化,驗證miRNA210在鎳引起的線粒體功能障礙中的作用。
　　研究結果：
　?、?0mgNi/k

6、gWT的NiCl2經(jīng)口暴露引起昆明小鼠在暴露3小時后出現(xiàn)空間記憶障礙及探索活性下降,這些神經(jīng)行為學的于暴露24小時后逐漸恢復至對照組水平;NiCl2暴露3小時,小鼠大腦皮層組織中檢測到明顯的鎳元素蓄積,且線粒體功能出現(xiàn)障礙,包括有氧代謝抑制、自由基水平升高以及含F(xiàn)eS能量代謝酶失活;暴露24小時,隨著鎳元素的排泄,小鼠皮層組織中的線粒體功能基本恢復。
　　②NiCl2對原代培養(yǎng)神經(jīng)元及Neuro2a細胞造成顯著的細胞毒性效應,并呈

7、現(xiàn)劑量和時間依賴關系;MT和LC的預處理,通過清除線粒體氧自由基,維持ATP含量、線粒體膜電位及mtDNA的拷貝數(shù)等方面的保護作用,有效減輕鎳引起的神經(jīng)細胞毒性效應。
　?、跱iCl2暴露引起Neuro2a細胞HIF-1α蓄積、miRNA210高表達以及ISCU表達下調;在未暴露鎳的細胞中,上調miRNA210的表達,出現(xiàn)FeS能量代謝酶活性下降及線粒體功能障礙;在暴露鎳的細胞中,抑制miRNA210的表達,一定程度上緩解鎳引起的

8、FeS能量代謝酶活性下降及線粒體功能障礙;在引起小鼠神經(jīng)行為學異常的鎳暴露條件下,檢測到小鼠皮層組織中的HIF-1α蓄積、miRNA210高表達以及ISCU表達下調。
　　研究結論：
　　根據(jù)本課題的研究結果,獲得以下結論:鎳引起的線粒體功能障礙可能是其造成小鼠神經(jīng)行為學改變和神經(jīng)細胞毒性的重要原因,鎳通過干擾線粒體的功能,影響神經(jīng)細胞的生物學狀態(tài),從而表現(xiàn)出神經(jīng)毒性效應;鎳暴露引起HIF-1α—miRNA210—ISCU“