SO2對(duì)大鼠心臟和肺線粒體氧化磷酸化功能的影響.pdf

1、隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,以煤炭為主要能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的持續(xù)增長(zhǎng)和城市機(jī)動(dòng)車輛的迅猛增加,造成了各種環(huán)境問(wèn)題特別是大氣污染頻頻發(fā)生的現(xiàn)狀。主要的空氣污染物包括大氣顆粒物、SO2、NO2和 O3等。隨著 SO2污染的日益加深,其毒理健康效應(yīng)引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注。呼吸作用是 SO2進(jìn)入人體內(nèi)的主要途徑之一,SO2吸入人體后,被呼吸道吸收,轉(zhuǎn)化為其衍生物,隨血液和體液在體內(nèi)循環(huán)。肺是SO2直接作用的靶器官。SO2及其衍生物不僅損害呼吸系統(tǒng),還

2、可能導(dǎo)致多種臟器損傷,不僅增加呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率,也增加了心血管系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn),心臟是體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的中樞。因此,我們有必要進(jìn)一步深入 SO2對(duì)肺和心臟的毒理學(xué)研究,特別是其分子機(jī)制的研究。
　　本課題采用 Wistar雄性大鼠作為模型,進(jìn)行整體動(dòng)物動(dòng)式吸入染毒,采用熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)吸入不同濃度(7,14,28 mg/m3) SO2后,大鼠心肌細(xì)胞中由線粒體DNA(mtDNA)編碼的細(xì)胞色素c氧化酶和ATP合酶的幾種亞基及調(diào)

3、控線粒體呼吸鏈組分的核轉(zhuǎn)錄因子過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子α(PGC-1α),核呼吸因子(NRF1)和線粒體轉(zhuǎn)錄因子(TFAM)的mRNA水平。此外,也檢測(cè)了長(zhǎng)期(30 d)吸入不同濃度(3.5,7,14 mg/m3)SO2后大鼠肺細(xì)胞線粒體膜電位和細(xì)胞色素c氧化酶活性,采用熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)線粒體DNA含量及氧化磷酸化復(fù)合體幾種亞基的mRNA表達(dá)水平,并采用熒光定量PCR和Western blot技術(shù)對(duì)引起線粒體氧化磷酸

4、化功能異常的調(diào)控基因的mRNA及蛋白表達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)和分析,驗(yàn)證 SO2對(duì)線粒體氧化磷酸化損傷的分子機(jī)制及調(diào)控途徑。結(jié)果表明:
　　1. SO2暴露7 d后,隨著SO2染毒濃度的升高,大鼠心肌中由線粒體DNA編碼的細(xì)胞色素c氧化酶的3種亞基(CO1,CO2,CO3)和ATP合酶的兩種亞基(ATP6&8) mRNA表達(dá)水平均顯著降低,核轉(zhuǎn)錄因子PGC-1α,NRF1和TFAM的mRNA表達(dá)水平也顯著降低。提示SO2對(duì)大鼠心肌線粒體的

5、損傷很可能與其對(duì)mtDNA的作用有關(guān),由mtDNA編碼的基因受影響較為嚴(yán)重。
　　2. SO2暴露30 d后,隨著SO2染毒濃度的升高,大鼠肺細(xì)胞線粒體膜電位和細(xì)胞色素c氧化酶的活性均呈現(xiàn)出整體下降趨勢(shì),并有明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系。以Cyt b(復(fù)合體Ⅲ的亞基)和CO2(復(fù)合體Ⅳ的亞基)為代表的線粒體DNA含量與對(duì)照組相比均顯著下降,高濃度組分別為對(duì)照組的0.69和0.44倍。細(xì)胞色素c氧化酶四種不同亞基(CO1,CO2,CO3,C

6、O4)和ATP合酶兩種亞基(ATPase6&8)的mRNA水平也均顯著下降,相關(guān)調(diào)控基因(PGC-1α,NRF1,TFAM)的mRNA和蛋白水平也均顯著降低。
　　綜上所述,SO2暴露可能通過(guò)降低細(xì)胞中 PGC-1α表達(dá),影響其與 NRF1結(jié)合及對(duì)TFAM調(diào)控,進(jìn)一步抑制線粒體基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄,破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能,從而損壞線粒體的氧化磷酸化功能,引起心血管系統(tǒng)疾病和呼吸系統(tǒng)疾病,這些現(xiàn)象可能與活性氧和(或)細(xì)胞因子的參與有關(guān)