鉛對非興奮性細(xì)胞毒性機(jī)制的研究.pdf

1、背景：
　　鉛在環(huán)境中大量存在，廣泛分布，已經(jīng)成為常見的工業(yè)和環(huán)境毒物。鉛被用做汽油添加劑，導(dǎo)致了嚴(yán)重的大氣污染，鉛還作為增白劑使用于化妝品等。鉛在工業(yè)上是一種重要的化學(xué)物質(zhì)，而在人體內(nèi)卻是一種有害的物質(zhì)。眾多的研究表明鉛對人體健康可產(chǎn)生持續(xù)的、慢性損傷。近年來，環(huán)境污染特別是鉛的污染受到社會各界的廣泛重視，其導(dǎo)致的疾病及致病機(jī)制是我們關(guān)注的熱點(diǎn)，人們致力于防治鉛毒害，減少或減輕鉛毒害。
　　細(xì)胞凋亡是在人和動物的多種組織中

2、發(fā)現(xiàn)的一種程序性細(xì)胞死亡過程，可在機(jī)體的正常生理過程中存在，與生長、分化同樣重要，是當(dāng)今生物和醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域中的新興課題與熱點(diǎn)。目前的研究表明，金屬元素可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，并表現(xiàn)出與凋亡具有較為復(fù)雜的關(guān)系。因此近年來有關(guān)金屬元素與細(xì)胞凋亡的研究日益受到重視。
　　細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的升高或下降可引起一系列細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)，如神經(jīng)遞質(zhì)分泌、骨骼肌收縮等快速反應(yīng)，以及細(xì)胞分化、有絲分裂、細(xì)胞凋亡等慢速反應(yīng)。研究顯示，無論是在早期還是晚期細(xì)胞

3、內(nèi)鈣濃度的升高都有促細(xì)胞凋亡作用。
　　[Ca2+]i升高導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的機(jī)制尚不十分清楚，可能與下列途徑有關(guān):
　　(1)導(dǎo)致DNA損傷:首先，[Ca2+]i升高可通過激活Ca2+/Mg2+依賴性核酸內(nèi)切酶，導(dǎo)致DNA的斷裂。其次[Ca2+]i升高可能通過某些機(jī)制（如組蛋白Ⅰ重新分布和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ活化）而影響染色體的結(jié)構(gòu)，使之出現(xiàn)解折疊，扭轉(zhuǎn)張力減低和超螺旋構(gòu)象的改變，而使DNA易于被DNase降解。
　　(2)作用于

4、非DNA結(jié)構(gòu):如激活蛋白酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，前者可進(jìn)一步激活或修飾細(xì)胞骨架蛋白和某些蛋白激酶，導(dǎo)致細(xì)胞骨架的降解;后者正常時在胞質(zhì)蛋白和膜結(jié)合蛋白間起交聯(lián)作用，凋亡時活性增高，尤以凋亡小體中增高最明顯，不僅與凋亡細(xì)胞的形態(tài)變化有關(guān)，而且可能通過交聯(lián)而形成的鋼性網(wǎng)架，使質(zhì)膜的抗溶解能力增強(qiáng)，從而保持細(xì)胞膜的完整性，防止細(xì)胞內(nèi)容物的外漏。
　　鈣池操縱的通道（store-operated calcium channels，SOCs）廣

5、泛存在于非興奮性細(xì)胞膜上，是胞外內(nèi)流的主要通道之一，參與多種病理和生理過程。SOCs的研究對于進(jìn)一步完善非興奮性細(xì)胞的鈣通道特性及其調(diào)節(jié)機(jī)制的理論具有重要意義，并為臨床解決諸如肝細(xì)胞鈣超載等難題提供有力的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，因此受到越來越廣泛的重視。積極尋找和應(yīng)用SOCs的特異性工具藥，不但對非興奮性細(xì)胞SOCs的鑒定和深入研究非常必要，而且將為開發(fā)一類非興奮性細(xì)胞的特異性鈣拮抗劑奠定基礎(chǔ)。
　　因此，本研究主要探討乙酸鉛(Lead

6、acetate)處理體外培養(yǎng)細(xì)胞，觀察其對培養(yǎng)細(xì)胞是否通過SOCs影響鈣紊亂從而發(fā)揮毒性效應(yīng)，為進(jìn)一步研究鉛毒性的分子機(jī)制提供數(shù)據(jù)。
　　方法：
　　1.將人胚胎腎細(xì)胞HEK293置于5％CO2，37℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，分別以0、50、100、200、500μM鉛(Pb2+)處理細(xì)胞24小時后，使用流式細(xì)胞技術(shù)檢測不同濃度組細(xì)胞凋亡變化情況。
　　2.用hoechst33342染色方法檢測鉛處理人胚胎腎細(xì)胞HEK293后細(xì)

7、胞核形態(tài)學(xué)變化情況。
　　3.不同濃度鉛處理細(xì)胞24小時后，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)檢測，不同濃度組胞內(nèi)Pb2+含量。
　　4.使用激光掃描共聚焦顯微鏡(LSCM)，記錄細(xì)胞在鉛刺激下，胞質(zhì)及細(xì)胞器內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣離子的變化情況。
　　結(jié)果：
　　1.不同濃度鉛(Pb2+)誘導(dǎo)HEK293細(xì)胞凋亡率的影響
　　分別以0、50、100、200、500μM鉛(Pb2+)處理HEK293細(xì)胞24小時后，

8、流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡率，結(jié)果顯示，各濃度組Pb2+處理24小時后細(xì)胞凋亡率與對照組相比顯著升高(P＜0.01)。以上結(jié)果表明，Pb2+可誘導(dǎo)HEK293細(xì)胞凋亡，并具有劑量反應(yīng)關(guān)系。
　　2.鉛(Pb2+)誘導(dǎo)HEK293細(xì)胞發(fā)生凋亡的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)
　　用hoechst33342染色方法檢測鉛處理HEK293細(xì)胞后細(xì)胞核形態(tài)變化。結(jié)果顯示100μMPb2+作用HEK293細(xì)胞24小時后，HEK293細(xì)胞核出現(xiàn)明顯的核濃縮、染

9、色質(zhì)片段等細(xì)胞凋亡的特征性表現(xiàn)，并形成典型的凋亡小體。
　　3.不同濃度Pb2+處理HEK293細(xì)胞，進(jìn)入胞內(nèi)的Pb2+含量測定
　　Pb2+進(jìn)入細(xì)胞的方式與Ca2+相似，我們的研究證明，應(yīng)用ICP-MS法檢測不同濃度的鉛處理組，胞內(nèi)鉛含量與胞外鉛處理組呈濃度依賴性。然而使用SOC的抑制劑2-APB顯著降低鉛的進(jìn)入量。
　　4.不同條件下，胞質(zhì)及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中游離Ca2+變化情況
　　在胞外有鈣的情況下，用不同濃度的P

10、b2+刺激HEK293細(xì)胞，用激光掃描共聚焦實(shí)時監(jiān)測胞質(zhì)中游離Ca2+發(fā)現(xiàn)，隨著胞外Pb2+的升高，胞質(zhì)中游離Ca2+的升高幅度也相應(yīng)增高，且呈濃度依賴性。
　　在胞外有鈣的情況下，使用SOC的阻斷劑2-APB預(yù)孵后，再用100μMPb2+刺激發(fā)現(xiàn)，2-APB孵育組與對照組相比，胞質(zhì)中游離Ca2+增幅度明顯減小，說明胞質(zhì)中游離Ca2+增加可能來自胞外游離鈣。
　　在胞外有鈣和無鈣的情況下，分別用100μMPb2+刺激發(fā)現(xiàn)，胞

11、外無鈣組與胞外有鈣組相比，胞質(zhì)中游離Ca2+增幅度下降，也說明胞質(zhì)中游離Ca2+增加可能來自胞外游離鈣。
　　在胞外無鈣的情況下，同樣用100μMPb2+刺激細(xì)胞，監(jiān)測鈣庫內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中游離Ca2+濃度變化發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中游離Ca2+濃度明顯下降，說明鈣庫內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的游離Ca2+外排，使得胞質(zhì)中游離Ca2+濃度增加。
　　結(jié)論：
　　本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Pb2+可誘導(dǎo)非興奮性HEK293細(xì)胞胞質(zhì)中游離Ca2+的濃度升高，可能通