鎘和γ射線對骨的聯(lián)合效應及其機制.pdf

1、隨著工業(yè)及核技術的迅猛發(fā)展，全球范圍內都不同程度地出現(xiàn)了環(huán)境污染問題，如重金屬、多環(huán)芳香烴碳氫化合物和放射性污染等，不僅表現(xiàn)在職業(yè)接觸人群中，而且可因環(huán)境污染，通過食物鏈途徑進入人體。有關環(huán)境因子的骨效應研究，以往關注并不多。但近年，環(huán)境因子尤其是重金屬包括非放射性重金屬（如鎘、鉛等）和放射性重金屬（如鈾、鍶-90等），一旦進入機體后將主要蓄積在骨骼和腎臟，可能通過對骨骼的直接作用，或通過對腎臟-骨骼的間接作用，引起骨損傷效應，美國、歐

2、盟和發(fā)展中國家均對此問題引起了較廣泛的關注，尤其是多種環(huán)境污染因子同時存在時的聯(lián)合生物效應研究更是一個難點問題，至今尚無相應評價標準。目前，有關環(huán)境鎘污雜致腎-骨損傷效應已引起了廣泛關注，而大劑量電離輻射可引起放射性骨壞死等并發(fā)癥，但有關鎘與電離輻射聯(lián)合作用對骨代謝和骨礦鹽損傷效應研究尚未深入開展，本研究探討了鎘與電離輻射聯(lián)合作用致骨損傷效應的病理生理特點及相關作用機制。
　　本研究從動物實驗及體外實驗兩個層面，觀察鎘聯(lián)合電離輻射

3、暴露對骨的生物效應以及可能機制，為評價鎘與電離輻射復合污染對人體健康危害提供理論依據(jù)。本研究通過皮下注射對大鼠染鎘，并給予大鼠體外單次γ射線照射，從骨量、骨生物力學、骨形態(tài)、骨代謝標志物等，探討鎘聯(lián)合γ射線對骨和腎臟的生物效應;同時，結合體外細胞實驗，研究鎘聯(lián)合γ射線對體外培養(yǎng)成骨細胞和破骨細胞生物學功能及相關基因表達的影響，以探討鎘聯(lián)合γ射線所致骨損傷效應的可能機制。
　　動物整體研究結果表明:血鎘含量與染鎘劑量呈線性關系，可較

4、好反映染鎘劑量的變化，而丫射線單次全身照射并不改變血鎘含量的變化趨勢。骨鎘蓄積量也隨染鎘劑量呈線性上升，γ，射線照射未改變低、中劑量染鎘大鼠骨鎘蓄積量的變化趨勢，但高劑量染鎘+照射組的骨鎘蓄積量較單純染鎘組明顯升高。染鎘后12周，大鼠腰椎BMD呈下降趨勢，尤其是中劑量和高劑量染鎘大鼠腰椎BMD下降明顯(P＜0.01)，而2Gy的γ射線單次全身照射對鎘致骨密度的下降幅度并無明顯影響。此外，大鼠骨生物力學性能包括腰椎壓縮最大載荷、抗壓強度和

5、屈服強度以及股骨三點彎最大載荷等指標均隨染鎘劑量逐漸下降，且高劑量鎘聯(lián)合γ射線照射時骨生物力學指標下降更為明顯，其中腰椎力學性能指標變化較股骨更為敏感。對骨形成和骨吸收功能指標的分析結果表明，染鎘大鼠的骨形成功能抑制（ALP和OC隨染鎘劑量而呈線性下降）、骨吸收功能亢進（血清TRACP5b隨染鎘劑量而呈線性增加），而鎘與γ射線聯(lián)合暴露對骨代謝功能的影響表現(xiàn)為聯(lián)合作用，且明顯早于對骨密度和骨生物力學性能的影響作用。對腎臟相關指標分析表明，

6、染鎘組、染鎘+照射組大鼠的尿總蛋白及UNAG（尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶）均明顯升高，且染鎘+照射組大鼠的尿總蛋白、UNAG水平明顯高于單純染鎘組;此外，染鎘大鼠近端腎小管上皮細胞空泡化、壞死，而鎘聯(lián)合γ射線后對近端腎小管損傷更明顯。因此，鎘暴露對大鼠骨量、骨機械性能、骨形態(tài)及骨代謝指標等均產生明顯的損傷作用，而電離輻射聯(lián)合鎘暴露對大鼠骨量、骨機械性能、骨形態(tài)及骨代謝的損傷呈一定程度的復合相加作用。同時，鎘暴露對腎臟的損傷及其與

7、電離輻射的聯(lián)合作用可進一步加劇骨代謝及其骨礦鹽的損傷效應，可能是鎘聯(lián)合γ射線暴露致骨損傷協(xié)同效應的重要機制，而聯(lián)合暴露時鎘在骨骼蓄積量的增加，也可進一步加劇其對骨組織的損傷效應。
　　細胞體外研究結果表明，低劑量鎘作用后成骨細胞的增殖能力、ALP活性及凋亡率并無明顯變化，而聯(lián)合γ射線照射后，低劑量鎘即能明顯降低成骨細胞的增殖能力和ALP活性，并增加細胞凋亡率;中劑量和高劑量鎘聯(lián)合γ射線作用于成骨細胞后，對成骨細胞增殖能力、ALP活

8、性及礦化能力下降的協(xié)同作用更加明顯。同時，鎘和電離輻射聯(lián)合暴露組成骨細胞OC和ALP基因表達較對照組、單純照射組及單純染鎘組明顯下調;成骨細胞染鎘后caspase3基因表達明顯上調，而照射聯(lián)合染鎘暴露后成骨細胞caspase3基因表達上調作用更加明顯。因此，電離輻射與重金屬離子鎘聯(lián)合暴露后可加劇鎘對成骨細胞的損傷效應。此外，鎘作用可致RAW264.7細胞經RANKL誘導的TRACP(+)破骨細胞數(shù)量明顯增加，而電離輻射聯(lián)合鎘作用后TRA

9、CP(+)破骨細胞數(shù)量增加明顯多于單獨染鎘組。
　　綜上所述，鎘和γ射線可對骨骼產生一定的損傷作用，表現(xiàn)為骨量和骨生物力學性能下降，骨形態(tài)改變，并可致骨形成功能抑制、骨吸收功能亢進，而鎘聯(lián)合γ射線對鎘在靶器官（骨骼）蓄積量、腎結構和功能損傷，以及骨損傷效應均表現(xiàn)為協(xié)同損傷效應。進一步的體外研究結果證明，鎘和γ射線均可對骨細胞產生直接作用，表現(xiàn)為成骨細胞凋亡增加、體外成骨能力下降以及破骨細胞功能的過度活躍，并同樣表現(xiàn)為協(xié)同損傷效應，