郗艷麗 , 吳啟坤 , 魏振奇 , 鄭曉娟 , 劉正陽(yáng) , 李 澍 , 王 迪 , 王舒然
(吉林醫(yī)藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院 , 吉林 吉林 132013)
鉛是一種物質(zhì)蓄積性毒物,攝入后會(huì)使機(jī)體發(fā)生多種生理變化,產(chǎn)生毒性效應(yīng)。鉛的毒性效應(yīng)與其在機(jī)體內(nèi)的半衰期較長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)鉛的代謝速度低于吸收速度時(shí),隨著接觸劑量的增加或者接觸時(shí)間的延長(zhǎng),機(jī)體內(nèi)的鉛水平會(huì)不斷增加,達(dá)到亞臨床水平就會(huì)對(duì)機(jī)體組織產(chǎn)生不利影響。此外,鉛還是一種多親合性毒物,對(duì)全身組織器官有廣泛的親和力,其中神經(jīng)系統(tǒng)最易因鉛暴露損傷。相對(duì)于成年人,兒童的神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)鉛的敏感性更高,會(huì)導(dǎo)致兒童出現(xiàn)多動(dòng)、注意力不集中、記憶力下降、憂郁、煩躁等臨床癥狀,嚴(yán)重的還會(huì)影響兒童智力的發(fā)育[1-2]。研究發(fā)現(xiàn),兒童的血鉛水平越高,對(duì)智力的影響越大,血鉛水平與智商IQ呈負(fù)相關(guān)[3]。鉛會(huì)使組織細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)發(fā)生改變并生成大量的自由基,自由基堆積引起的氧化損傷是鉛導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中毒的重要作用機(jī)制之一[4-5]。齊墩果酸(Oleanolic acid,OA)是木犀科植物女貞子中的有效活性成分,其對(duì)DPPH自由基的清除率可達(dá)到70.96%,對(duì)過(guò)氧化氫(Hydrogen peroxide,H2O2)誘導(dǎo)的人氣道平滑肌細(xì)胞株ASMC氧化損傷有保護(hù)作用,對(duì)氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞株HUVECS氧化損傷也有保護(hù)作用[6-8]。齊墩果酸對(duì)自由基的清除能力表明其對(duì)鉛暴露引起的神經(jīng)系統(tǒng)損傷也會(huì)有影響,但關(guān)于這方面的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文就齊墩果酸對(duì)鉛暴露小鼠腦組織中H2O2、過(guò)氧化氫酶(Catalase,CAT)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)、一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,NOS)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的含量進(jìn)行分析,同時(shí)觀察腦組織中鉛含量,分析齊墩果酸與腦組織鉛含量及氧化應(yīng)激指標(biāo)之間的關(guān)系,為齊墩果酸對(duì)鉛所致神經(jīng)系統(tǒng)毒性影響的機(jī)制探討提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 試劑與儀器 齊墩果酸(西安文竹生物科技有限公司);醋酸鉛(北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司);硝酸(北京市北辰驊躍化學(xué)試劑廠);氧化鑭(鄭州生?;ぎa(chǎn)品有限公司);鋅、錳、銅和鎂標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所);鉛、鈣和鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院);H2O2、NOS、CAT、NO、SOD和MDA檢測(cè)試劑盒(南京建成生物工程研究所); T10高速組織分散機(jī)(IKA公司);TAS-990原子吸收分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司); Synergy H1M 酶標(biāo)儀(BioTek 公司);MARS6微波消解儀(美國(guó)CEM公司);BS224S-CW電子分析天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司);24UV 超純水器(美國(guó)Millipore 公司);IMS-40全自動(dòng)雪花制冰機(jī)(常熟市雪科電器有限公司);5430R高速冷凍離心機(jī)(艾本德中國(guó)有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組及處理 40只剛斷乳昆明系小鼠,購(gòu)自長(zhǎng)春生物制品研究所有限責(zé)任公司,生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(吉)2011-0007,體重13~16 g,飼養(yǎng)于吉林醫(yī)藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,合格證號(hào):SYXK(吉)2012-0004。飼養(yǎng)條件:溫度18 ℃~22 ℃,濕度45%~65%,12 h明暗交替。按體重隨機(jī)分為對(duì)照組、醋酸鉛模型組、齊墩果酸組和齊墩果酸+醋酸鉛組,每組10只,雌雄各半。對(duì)照組按0.1 ml/10 g體重給予豆油溶液灌胃,飲用自來(lái)水;模型組按體重給予0.1ml/10 g豆油溶液灌胃,用2 g/L醋酸鉛溶液(添加少許醋酸以防止產(chǎn)生絮狀沉淀)作飲用水造模;齊墩果酸組按0.1ml/10g體重給予1 g/L齊墩果酸豆油溶液灌胃,飲用自來(lái)水;齊墩果酸+醋酸鉛組按0.1 ml/10 g體重給予1 g/L齊墩果酸豆油溶液灌胃,用2 g/L醋酸鉛溶液作飲用水。模型組和齊墩果酸+醋酸鉛組飲用醋酸鉛水造模1周后,各組每天分別給予豆油溶液和齊墩果酸豆油溶液灌胃1次,同時(shí)用醋酸鉛作飲用水。對(duì)照組和齊墩果酸組給予自由飲水1周后,給予豆油溶液或者齊墩果酸豆油溶液每天灌胃1次。連續(xù)灌胃3周后用自來(lái)水代替醋酸鉛作為飲用水并禁食過(guò)夜,稱重后處死小鼠,取出腦組織進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)。
1.2.2 微波消解處理和測(cè)定 準(zhǔn)確稱取0.2 g新鮮腦組織,剪碎后移入反應(yīng)罐中,加入5 mL硝酸,用微波消解儀進(jìn)行消化處理(400 W升溫5 min,120 ℃消解5 min,800 W升溫5 min,150 ℃消解10 min,800 W升溫10 min,180 ℃消解10 min)。將冷卻至室溫的消解液定容至10 mL,同時(shí)設(shè)置只加消化液和稀釋液的空白對(duì)照組。用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定鉛的吸光度,火焰原子吸收分光光度法測(cè)定鈣、鐵、鋅、銅、鎂和錳的吸光度,并用標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算出各元素的含量。
1.2.3 CAT、H2O2、NOS、NO、SOD和MDA含量的測(cè)定 把剩余新鮮腦組織與生理鹽水按1∶9的比例混合后勻漿成懸濁液并離心,取上清液進(jìn)行H2O2、CAT、NO、NOS、SOD和MDA的測(cè)定,操作步驟嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。
2.1 各試驗(yàn)組小鼠體重、腦組織質(zhì)量及其系數(shù)變化 試驗(yàn)初始時(shí)每組共有小鼠10只,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)每組小鼠剩余10只。鉛暴露并未引起小鼠死亡,齊墩果酸經(jīng)口灌胃也未引起小鼠死亡。小鼠初始體重均值為(14.50±1.56)g,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各組小鼠體重均有增加,但各組體重差異不明顯(P>0.05)。試驗(yàn)中各組小鼠營(yíng)養(yǎng)狀況良好,被毛光澤,體溫及呼吸頻率正常。試驗(yàn)結(jié)束后處死小鼠,取腦組織并用生理鹽水洗去血污,濾紙蘸干水分后稱重。通過(guò)計(jì)算臟器系數(shù)發(fā)現(xiàn)鉛暴露并未引起腦組織質(zhì)量改變。齊墩果酸組以及齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織臟器系數(shù)與對(duì)照組相比較,也未發(fā)現(xiàn)有明顯差異(P>0.05)。這表明齊墩果酸對(duì)小鼠腦組織質(zhì)量也未產(chǎn)生明顯影響(見(jiàn)表1)。
表1各試驗(yàn)組小鼠終末體重、腦組織質(zhì)量及臟器系數(shù)
組別小鼠終末體重(g)腦組織濕重(g)腦臟器系數(shù)(%)對(duì)照組18.73±1.310.4662±0.322.50±0.21醋酸鉛模型組20.78±2.300.4599±0.452.24±0.37齊墩果酸組19.01±2.820.4621±0.282.47±0.32齊墩果酸+醋酸鉛組18.79±2.270.4651±0.252.49±0.18
2.2 各試驗(yàn)組小鼠腦組織鉛、鈣、鋅和錳含量變化 由表2可知,醋酸鉛模型組小鼠腦組織鉛含量明顯高于對(duì)照組(P<0.05),這一結(jié)果表明,醋酸鉛模型組造模成功。齊墩果酸組小鼠腦組織鉛含量明顯低于醋酸鉛模型組(P<0.05),齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織鉛含量低于醋酸鉛模型組(P<0.05)。這一結(jié)果表明,小鼠給予齊墩果酸后降低了小鼠腦組織鉛含量。醋酸鉛組小鼠腦組織鈣含量明顯低于對(duì)照組(P<0.05),齊墩果酸組和齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織鈣含量與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。齊墩果酸組小鼠腦組織鈣含量高于醋酸鉛模型組,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織鈣含量明顯高于醋酸鉛模型組,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。這表明齊墩果酸對(duì)鈣含量沒(méi)有影響,但卻可以降低鉛對(duì)鈣的影響。在各試驗(yàn)組小鼠腦組織中,鋅和錳含量沒(méi)有發(fā)生明顯改變(P>0.05)。
表2 各試驗(yàn)組小鼠腦組織鉛、鈣、鋅和錳含量
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05; 與醋酸鉛模型組比較,#P<0.05,表4同
2.3 各試驗(yàn)組小鼠腦組織銅、鎂和鐵含量變化 如表3所示,與對(duì)照組比較,醋酸鉛模型組、齊墩果酸組和齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織銅、鎂和鐵的含量變化無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與醋酸鉛模型組比較,齊墩果酸組和齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織銅、鎂和鐵含量的變化均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與齊墩果酸組比較,齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織這3種元素含量變化差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
表3 各試驗(yàn)組小鼠腦組織銅、鎂和鐵含量
2.4 各試驗(yàn)組小鼠腦組織H2O2、CAT、NO和NOS含量變化 如表4所示,與對(duì)照組比較,醋酸鉛模型組小鼠腦組織H2O2和CAT水平明顯降低,NO和NOS水平顯著升高,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),齊墩果酸組和齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織H2O2、CAT、NO和NOS水平無(wú)明顯變化(P>0.05)。與醋酸鉛模型組比較,齊墩果酸組小鼠腦組織H2O2和CAT水平明顯升高,NO和NOS水平明顯降低,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織H2O2和CAT水平明顯降低(P<0.05),NO和NOS水平?jīng)]有明顯變化(P>0.05)。齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠腦組織H2O2、CAT、NO和NOS水平與齊墩果酸組比較也沒(méi)有明顯差異(P>0.05)。
2.5 各試驗(yàn)組小鼠腦組織SOD和MDA含量變化 如表5所示,與對(duì)照組比較,醋酸鉛模型組小鼠腦組織SOD水平明顯降低(P<0.05),MDA水平明顯升高(P<0.05)。齊墩果酸組小鼠腦組織SOD和MDA水平與對(duì)照組比較沒(méi)有明顯差別(P>0.05)。齊墩果酸組小鼠腦組織SOD水平明顯高于醋酸鉛模型組(P<0.05),MDA水平明顯低于醋酸鉛模型組(P<0.05)。齊墩果酸+醋酸鉛組小鼠SOD水平低于對(duì)照組(P<0.05),但明顯高于醋酸鉛模型組(P<0.05);MDA水平高于對(duì)照組和齊墩果酸組(P<0.05),但明顯低于醋酸鉛模型組(P<0.05)。
表4各試驗(yàn)組小鼠腦組織H2O2、CAT、NO和NOS含量
組別H2O2(mmol/g)CAT(U/mg)NO(Umol/g)NOS(U/mg)對(duì)照組80.55±10.160.80±0.171.29±0.440.44±0.17醋酸鉛模型組65.60±6.00*0.58±.22*2.24±0.40*0.63±0.13*齊墩果酸組81.21±11.89#0.83±0.18#1.46±0.26#0.43±0.08#齊墩果酸+醋酸鉛組78.94±11.48#0.75±0.31#1.85±0.340.57±0.05
表5 各實(shí)驗(yàn)組小鼠腦組織SOD和MDA含量
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05;與醋酸鉛模型組比較,#P<0.05;與齊墩果酸組比較,▼P<0.05
鉛是一種在工業(yè)和日常生活中被廣泛應(yīng)用的重金屬,廣泛分布在水、土壤、空氣和食物中,可以通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚吸收。進(jìn)入機(jī)體的鉛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等有明顯毒性,其中對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的毒效應(yīng)最強(qiáng)[9]。發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)鉛暴露非常敏感。鉛暴露造成的腦發(fā)育異常具有持久且不可逆的特性。鉛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的誘導(dǎo),細(xì)胞的增殖、遷移、分化,突觸形成和神經(jīng)元回路建立以及神經(jīng)細(xì)胞壞死等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生影響,可導(dǎo)致兒童神經(jīng)行為以及智力改變,嚴(yán)重的可導(dǎo)致癡呆[10]。鉛的神經(jīng)毒性防治研究具有重要的科學(xué)價(jià)值。本研究通過(guò)給予剛斷乳小鼠飲用醋酸鉛水的方式模擬兒童發(fā)育階段的鉛暴露,同時(shí)給予齊墩果酸干預(yù),觀察處理后小鼠腦組織鉛含量以及鈣、鐵和鋅等元素的變化,觀察齊墩果酸對(duì)鉛暴露小鼠的影響,為防治鉛中毒提供理論依據(jù)。
通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),醋酸鉛飲水造模4周后,小鼠腦組織鉛含量明顯高于對(duì)照組,這表明鉛暴露模型造模成功。通過(guò)齊墩果酸干預(yù)3周后發(fā)現(xiàn),齊墩果酸能降低腦組織中鉛含量,有較好的排鉛作用。此外,齊墩果酸干預(yù)后升高了鉛暴露引起的腦組織鈣水平降低。鈣與鉛同為二價(jià)陽(yáng)離子,在體內(nèi)有相似的代謝過(guò)程,鉛可以占據(jù)電壓依賴性鈣通道而抑制鈣轉(zhuǎn)運(yùn),導(dǎo)致鈣無(wú)法被運(yùn)輸而水平降低。由于鉛的占用,許多鈣通道會(huì)永久失活,造成不可逆性改變[11]。齊墩果酸對(duì)鈣含量的影響表明其可能逆轉(zhuǎn)了鈣通道被鉛占用,減少了鈣的丟失。
除了鈣以外,本研究還觀察了鐵、鋅、銅、鎂和錳元素在腦組織中的變化。這些元素在體內(nèi)都有重要功能,其含量高低直接關(guān)系到人體健康。鐵是血紅蛋白的主要成分[12],鋅是多種解毒酶的功能成分或激活劑,銅可參與造血和鐵的代謝,鎂是多種酶的輔助因子,錳在體內(nèi)一部分作為金屬酶的組成成分,一部分作為酶的激活劑發(fā)揮作用[13-14]。鉛暴露可以影響這5種元素的轉(zhuǎn)運(yùn),引起元素代謝的紊亂。本研究發(fā)現(xiàn)鉛暴露后并未引起小鼠腦組織中這5種元素含量的改變,這表明鉛暴露4周,尚不足以引起腦組織中這些元素發(fā)生紊亂。齊墩果酸干預(yù)也未明顯改變這些元素在腦組織中的含量。
鉛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷作用與鉛誘導(dǎo)產(chǎn)生大量自由基有關(guān)。體內(nèi)自由基包括活性氧自由基和活性氮自由基,其中H2O2是活性氧自由基的典型代表,NO是活性氮自由基的典型代表。由自由基引起的蛋白質(zhì)損傷與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生有關(guān)。酶抗氧化系統(tǒng)被抑制以及自由基的大量生成共同導(dǎo)致了神經(jīng)系統(tǒng)受損。H2O2可以與體內(nèi)二價(jià)金屬離子發(fā)生Fenton反應(yīng),生成毒性更強(qiáng)的羥自由基(hydroxyl free radical,·OH)。本研究發(fā)現(xiàn),同樣為二價(jià)金屬的鉛大量進(jìn)入機(jī)體,在誘導(dǎo)H2O2大量生成的同時(shí)也消耗掉了H2O2,生成了毒性更強(qiáng)的自由基,這可能是導(dǎo)致醋酸鉛模型組小鼠腦組織中H2O2水平比對(duì)照組低的原因?!H的大量生成會(huì)進(jìn)一步加重腦組織的氧化損傷。CAT是機(jī)體內(nèi)負(fù)責(zé)清除H2O2和·OH的主要活性酶之一,大量生成的自由基誘發(fā)了氧化應(yīng)激,導(dǎo)致解毒酶CAT的活性降低,自由基無(wú)法被及時(shí)清除而大量堆積,氧化損傷進(jìn)一步加重。齊墩果酸降低了腦組織中鉛含量,減輕了H2O2生成量以及鉛與H2O2反應(yīng)生成·OH的量,因此齊墩果酸+醋酸鉛組腦組織H2O2水平比醋酸鉛組高,但比對(duì)照組低。齊墩果酸通過(guò)升高CAT的水平實(shí)現(xiàn)了降低鉛對(duì)腦組織的損傷。醋酸鉛模型組NO水平比模型組高,這表明鉛對(duì)腦組織產(chǎn)生損傷的過(guò)程中,活性氮自由基也發(fā)揮了重要作用。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),醋酸鉛模型組NOS的活性比對(duì)照組高,這可能與NOS是調(diào)控NO生成的酶有關(guān)。齊墩果酸有較強(qiáng)的抗氧化作用,可以清除體內(nèi)產(chǎn)生的NO自由基。因此,齊墩果酸+醋酸鉛組NO水平低于醋酸鉛模型組,NOS的水平也低于醋酸鉛模型組。齊墩果酸通過(guò)抗氧化作用降低了鉛損傷,對(duì)腦組織起到了保護(hù)作用。
綜上所述,齊墩果酸對(duì)鉛所致小鼠神經(jīng)系統(tǒng)損傷具有一定的保護(hù)作用,其降低自由基引起氧化損傷的同時(shí),對(duì)鉛暴露所導(dǎo)致的鈣流失也有抑制作用,但對(duì)鋅、鐵、錳、鎂和銅元素的影響不大。齊墩果酸具有能改善鉛毒性引起的氧化損害,對(duì)其他元素在體內(nèi)的代謝影響小以及本身的毒性作用小等優(yōu)點(diǎn),可以作為一種優(yōu)良的天然防治鉛損害的功能活性物質(zhì)被開(kāi)發(fā)利用。
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