鎘致線粒體損傷及干預(yù)研究.pdf

1、鎘是一種工業(yè)和環(huán)境污染物，一旦被人體攝入易在體內(nèi)積蓄從而引起人體多系統(tǒng)、多器官損傷。肝臟、腎臟為鎘在體內(nèi)蓄積和損傷的主要靶器官。在細(xì)胞內(nèi)，線粒體因其在氧化供能與介導(dǎo)細(xì)胞凋亡中的重要作用成為控制細(xì)胞生死的關(guān)鍵亞細(xì)胞器。同時(shí)，線粒體又是一種對(duì)外界刺激與損傷十分敏感的亞細(xì)胞器。
　　本研究通過對(duì)腎皮質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的觀察，以及對(duì)分離制備大鼠肝臟、腎臟線粒體呼吸功能、腫脹效應(yīng)、膜電位、線粒體活力、超氧自由基水平的測定，從整體動(dòng)物和體外線粒體染毒

2、角度分析了鎘對(duì)線粒體的損傷效應(yīng)。同時(shí)，利用釕紅(RR)、環(huán)孢素A(CsA)、二硫蘇糖醇(DTT)、EGTA等工具藥，探究鎘對(duì)線粒體的損傷機(jī)制，并對(duì)鎘致線粒體損傷進(jìn)行干預(yù)研究。
　　通過嚴(yán)格的線粒體制備方法可富集得到高純度線粒體組分，為后續(xù)線粒體功能測定提供符合要求的線粒體樣本。
　　5天大鼠皮下鎘染毒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：1.2mgCd/kgbw與1.8mgCd/kgbw鎘染毒可引起明顯的腎皮質(zhì)線粒體嵴斷裂、線粒體基質(zhì)空泡化及線粒體腫脹

3、的發(fā)生；1.8mgCd/kgbw劑量組還有細(xì)胞能量供應(yīng)受阻、胞質(zhì)空洞和溶酶體增加等現(xiàn)象發(fā)生，提示細(xì)胞水平的嚴(yán)重?fù)p傷。大鼠腎臟線粒體呼吸控制率(RCR)值隨鎘染毒劑量增加而降低，且1.8mgCd/kgbw劑量組RCR值顯著低于對(duì)照組；腎臟線粒體腫脹水平顯示出隨鎘染毒劑量增加而增高的趨勢：線粒體膜電位水平隨鎘染毒劑量增加而下降，并在1.8mgCd/kgbw劑量組有顯著性差異；自由基水平也隨染鎘劑量增加而增高，并且在1.2mgCd/kgbw和

4、1.8mgCd/kgbw劑量組顯著高于對(duì)照組水平。
　　12周大鼠亞慢性灌胃鎘染毒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：4周鎘染毒即造成大鼠腎皮質(zhì)線粒體腫脹和空泡化發(fā)生，1.0mgCd/kgbw和2.0mgCd/kgbw劑量組中均出現(xiàn)嚴(yán)重的線粒體腫脹、基質(zhì)空泡化等病理特征，表明Cd2+對(duì)腎皮質(zhì)細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p傷。隨染毒劑量和染毒時(shí)間的增加，腎臟線粒體RCR值均呈下降趨勢，表明鎘對(duì)染毒大鼠腎皮質(zhì)線粒體呼吸功能的損傷呈時(shí)間依賴性和劑量依賴性加重。染毒4周，腎臟線粒體

5、超氧自由基水平隨染毒劑量增加而增高，表明鎘染毒引起腎皮質(zhì)抗氧化能力的下降和氧化損傷的加重。此后，線粒體超氧自由基生能力成隨線粒體活力下降而降低。
　　體外大鼠肝臟、腎臟線粒體鎘染毒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：Cd2+呈劑量依賴性抑制肝臟、腎臟線粒體RCR值；Cd2+也呈劑量依賴性引起大鼠肝臟、腎臟線粒體腫脹。其EC50分別為為8.27μM和16.27μM，最大腫脹率分別為40％和30％左右：對(duì)Cd2+和Ca2+引起肝臟線粒體腫脹效應(yīng)的比較顯示，Cd

6、2+和Ca2均能呈劑量依賴性引起肝臟線粒體腫脹，其EC50分別為8.27μM和47.43μM。其最大腫脹率分別為40％和25％左右；Cd2+可呈劑量依賴性引起肝臟、腎臟線粒體膜電位耗散，其EC50值分別為10.55μM和26.83μM。而Cd2+抑制大鼠肝臟、腎臟線粒體活力的EC50值分別為8.27μM和7.73μM。上述結(jié)果提示肝臟線粒體對(duì)Cd2+損傷較腎臟線粒體更為敏感。
　　通過對(duì)工具藥干預(yù)作用的研究發(fā)現(xiàn)：鈣離子單向轉(zhuǎn)運(yùn)體阻

7、斷劑RR可顯著抑制各劑量Ca2+及低劑量(10μM)Cd2+引起的線粒體腫脹效應(yīng)和膜電位耗散作用，隨著Cd2+劑量的增加，RR的阻斷效應(yīng)逐漸減弱。線粒體通透性孔道(MPTP)阻斷劑CsA能有效抑制不同濃度Ca2+引起的肝臟線粒體腫脹效應(yīng)，但對(duì)Cd2+引起的肝臟線粒體損傷僅有部分抑制作用，而對(duì)Cd2+致腎臟線粒體腫脹幾乎無效。在肝臟線粒體上，CsA可有效對(duì)抗20μMCd2+引起的膜電位耗散作用，但在腎臟線粒體上CsA無效，提示Cd2+對(duì)不

8、同器官線粒體損傷的差異。
　　巰基保護(hù)劑DTT可呈劑量依賴性顯著降低Cd2+引起的肝臟線粒體腫脹效應(yīng)，等劑量抑制Cd2+引起的膜電位耗散作用，并相應(yīng)抑制Cd2+對(duì)線粒體活力的影響。鈣離子螫合劑EGTA可呈劑量依賴性降低10μMCd2+對(duì)線粒體腫脹效應(yīng)、膜電位耗散和線粒體活力的影響。
　　綜上所述，本研究在整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上證實(shí)腎臟線粒體為鎘損傷的重要靶部位，鎘可引起腎皮質(zhì)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的改變，并造成腎臟線粒體呼吸功能受損、活力下降

9、。體外實(shí)驗(yàn)顯示，鎘可呈劑量依賴性抑制肝臟、腎臟線粒體呼吸功能、引起線粒體腫脹、線粒體膜電位耗散和線粒體活力下降。鎘的損傷作用有明顯的器官差異，肝臟線粒體對(duì)鎘損傷較腎臟線粒體更為敏感。鎘主要通過線粒體上鈣通道進(jìn)入線粒體，引起線粒體通透性孔道開放。釕紅可在一定濃度有效阻斷鎘的損傷作用，CsA也可在一定程度上抑制鎘損傷效應(yīng)。鎘還可通過與蛋白上巰基結(jié)合產(chǎn)生毒性損傷，DTT可一定程度對(duì)抗鎘的損傷作用；EGTA也可一定程度消除鎘的損傷作用。DTT的