貧鈾暴露對腎臟和免疫系統(tǒng)的影響及鋅的解毒作用研究.pdf

1、研究背景和目的：
　　貧鈾(depleteduranium,DU)是天然鈾經過提煉濃縮鈾(235U)之后的剩余產物,其235U含量低于0.712％。由于DU具有良好的穿透性和原料的廉價性,被廣泛地用于核電站、平衡錘、輻射防護及軍事活動中(如作為裝甲材料及彈藥成分)。在DU的生產和使用過程中,可能會不規(guī)范地釋放到環(huán)境中,經呼吸道、消化道或皮膚進入體內,對周圍居民的健康造成嚴重地威脅。
　　DU可發(fā)射高線性能量轉移的α、β粒子,

2、既具有放射毒性,又具有重金屬毒性,其生物學影響與接觸劑量、持續(xù)時間、接觸途徑等多種因素有關。在大劑量急性暴露的條件下,腎臟是鈾急性化學毒性的主要靶器官,可造成嚴重的腎近曲小管壞死,然而,DU引起腎臟毒性的準確機制還不清楚。在低劑量慢性暴露的情況下,可能會引起一系列有害的效應,如神經行為的異常、生殖毒性、遺傳毒性和癌癥等,然而,普遍關注的問題——長期攝入DU污染的食物對免疫系統(tǒng)的影響,目前還沒有報道。因此,本研究分別建立DU急性暴露模型和

3、經過食入途徑的慢性暴露模型,分別評價急性DU暴露對腎臟的影響和慢性DU暴露對免疫系統(tǒng)的影響,深入探索急慢性DU暴露的作用機制,為DU生物學效應的研究打下基礎。
　　此外,針對DU中毒的救治,仍是國內外研究的重點和難點?，F(xiàn)有的DU促排藥在促排效果或安全性方面都或多或少存在問題。金屬硫蛋白(metallothinein,MT)是一類廣泛存在于哺乳動物器官和組織中的低分子量非酶蛋白,富含半胱氨酸,對重金屬離子有很高的親和力,并能清除多種

4、自由基,可實現(xiàn)對金屬的解毒,但其解毒機制仍不完全清楚。MT基因的表達,需要二價鋅離子的參與,鋅屬于高效且安全的MT誘導劑。因此,可試圖通過鋅誘導機體產生MT來實現(xiàn)DU的解毒治療,為臨床上開發(fā)高效低毒的DU解毒藥物提供新的思路,具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。
　　研究方法：
　　首先分別利用人腎臟近曲小管上皮HK-2細胞和成年SpragueDawley大鼠,暴露于不同劑量的DU,造成DU急性染毒模型,分別觀察暴露于DU后24h

5、對細胞存活率、凋亡及相關酶活力的影響,以及暴露于DU后4d對大鼠腎臟鈾含量、腎功能、組織病理學及腎臟組織抗氧化水平的影響。
　　其次,3周齡昆明系小鼠,按照喂食飼料(含DU)劑量的不同分為4組:0(對照組),3(DU3組),30(DU30組),和300(DU300組)mg/kg,喂食長達4個月,造成DU慢性染毒模型,評價小鼠天然免疫和獲得性免疫功能的變化。
　　最后,分別利用HK-2細胞、SpragueDawley大鼠和MT

6、基因敲除小鼠,進行鋅對DU中毒的解毒作用及機制的研究,通過組織形態(tài)學、細胞超微病理學、流式細胞術、激光共聚焦顯微鏡技術、酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)、分子生物學及蛋白組學等技術方法多角度評價鋅對DU的解毒作用,深入探索鋅對DU的解毒機制。
　　研究結果及結論：
　　1.高于125μM的DU(硝酸鈾酰)暴露后24h,均可引起HK-2細胞質膜和溶酶體膜的破壞,而導致乳酸脫氫酶(LDH)和N-乙酰-β-葡萄糖苷酶(NAG)從細胞

7、內釋放到培養(yǎng)液中,最終導致細胞的凋亡。另外,將SpragueDawley大鼠急性暴露于不同劑量的DU(2.5、5、10mg/kg),4d后觀察發(fā)現(xiàn),大于2.5mg/kg的DU暴露劑量均可引起明顯的腎臟毒性,導致腎臟組織鈾含量、血清尿素(BUN)和肌酐(Cr)均明顯增高,組織病理學損傷嚴重,且隨著DU暴露劑量的增高損傷逐漸加重。進一步研究發(fā)現(xiàn),DU引起了腎臟組織氧化應激,導致抗氧化能力下降,脂質過氧化水平增高,可能是導致DU腎臟毒性的機制

8、之一。
　　2.3周齡小鼠喂食不同劑量的含DU飼料4個月后,各組血生化檢查均無明顯異常。在中劑量組(30mg/kg)和低劑量組(3mg/kg),免疫學影響并不明顯或影響相對輕微。但在高劑量組(300mg/kg),小鼠的天然免疫功能下降,表現(xiàn)為腹腔巨噬細胞分泌的NO、IL-1b、IL-18、TNF-α水平降低,脾臟自然殺傷細胞(naturalkillercells,NKcells)的細胞毒性作用降低;小鼠的細胞免疫和體液免疫功能異常

9、,表現(xiàn)為脾臟T細胞增殖能力下降而B細胞的增殖能力提高,血清總IgG、IgE的含量增高,遲發(fā)性超敏反應實驗顯示足跖增厚程度下降;流式細胞術實驗發(fā)現(xiàn)脾臟mIgM+mIgD+雙陽性細胞比例增高,CD3+細胞比例降低,CD4+/CD8+脾臟T細胞的比值降低;ELISA檢測發(fā)現(xiàn),脾細胞經過刺激后,釋放IFN-γ和TNF-α的水平降低,而釋放IL-4和IL-10的水平卻增高。以上結果提示,造成高劑量組小鼠免疫功能障礙的原因主要與體內輔助T細胞(Th

10、)1/Th2細胞因子平衡紊亂,引起機體各項免疫功能的調節(jié)失常有關。
　　3.線粒體調節(jié)的凋亡途徑和FasR調節(jié)的凋亡途徑共同參與了DU引起的HK-2細胞的凋亡過程。而100μM鋅預處理可明顯抑制DU(500μM)引起的HK-2凋亡,通過降低細胞內活性氧的生成,增加過氧化氫酶(CAT)和還原型谷胱甘肽(GSH)的含量,抑制DU引起的sFasR和sFasL的過表達,抑制線粒體中的細胞色素c和凋亡誘導因子(AIF)釋放到胞漿,抑制Cas

11、pases-9、Caspases-8和Caspases-3的激活以及促進了金屬硫蛋白的表達。進一步觀察發(fā)現(xiàn),外源性金屬硫蛋白也具有很好的抗DU引起的凋亡的作用。本研究結果證實了,鋅通過一些獨立的機制抑制了DU引起的凋亡,包括抗氧化效應、抑制Caspases-9、Caspases-8和Caspases-3的激活,并且金屬硫蛋白可能參與了鋅抗DU引起的凋亡過程。
　　4.鋅預處理(10mg/kg)對急性DU中毒(10mg/kg)具有明

12、顯的解毒作用,明顯提高了大鼠暴露于DU后30d的存活率,使暴露于DU4d后的尿鈾含量增加,肝、脾、腎鈾含量降低,血清BUN、Cr及尿液NAG顯著降低,并使血清IL-6和TNF-α、腎臟組織金屬硫蛋白MT-1、MT-2的基因表達水平明顯增高,CAT含量增高,丙二醛(MDA)含量降低,病理學損傷減輕。進一步使用鋅預處理MT-/-小鼠和MT+/+小鼠,發(fā)現(xiàn)MT+/+小鼠的鈾含量明顯降低,且腎臟損傷明顯減輕,抗氧化能力增強;但鋅預處理對MT-/

13、-小鼠卻沒有明顯的DU解毒效果。外源性MT的不同基因型(MT1和MT2)對DU解毒效果的研究發(fā)現(xiàn),MT1和MT2均可降低MT-/-小鼠腎臟的鈾含量,且MT-1可使腎臟的病理損傷明顯減輕,抗氧化能力增強,而MT2的保護效果卻并不明顯。因此,鋅的解毒作用與誘導MT的合成有關,一方面,MT可促進DU的排出;另一方面,MT可增強體內的抗氧化能力,拮抗DU對組織的損傷,并且MT1的作用更加明顯。
　　5.MT-/-小鼠和MT+/+小鼠暴露于

14、DU后,利用蛋白組學方法對小鼠腎臟組織蛋白的改變進行研究,發(fā)現(xiàn)有13個差異表達蛋白,它們的主要功能集中在糖和脂肪酸的代謝、電子傳遞呼吸鏈以及抗氧化防御系統(tǒng)等方面。進一步分析發(fā)現(xiàn),超氧化物歧化酶(SOD)、氨基?；?3(ACY-3)在暴露于DU后明顯降低,且MT-/-小鼠降低更為明顯,提示了這些蛋白可能參與了DU引起的腎臟中毒過程。采用免疫印跡技術對典型的差異蛋白SOD和ACY-3的表達量進行驗證,所得結果與蛋白組學研究結果相吻合,再次