低剂量铅暴露损伤脑功能的机制与防护
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摘要
目的:研究铅暴露对脑功能的损伤作用,从铅的脑内分布、转运途径、大脑屏障结构与功能改变、神经突触可塑性损伤、神经胶质细胞异常活化等角度研究其神经毒性机制;建立以microRNA分子为主的铅神经毒性生物标志物;并探讨铁、硒等对铅所致脑功能损伤的保护作用。方法:分别以孕期、生长期SD大鼠建立低剂量铅暴露动物模型,并利用原代培养神经元、星形胶质细胞及RBE4等多种细胞株建立铅暴露体外模型,采用Morris水迷宫、膜片钳技术检测铅对学习记忆功能的影响;采用金属自显影(AMG)、原子吸收分光光度法(AAS)和X射线荧光光谱技术检测铅在脑内和神经细胞中的分布特征;采用Westernblot、实时定量RT-PCR、免疫荧光等方法分析铅暴露所引起的分子水平改变;并通过使用siRNA技术、高表达质粒转染、相关抑制剂等对关键环节或分子靶点进行调控,观察其对铅神经毒性效应的影响。结果:1.铅暴露可以导致大鼠的水迷宫实验成绩下降,EPSC幅度显著减弱,提示学习记忆功能损伤;2.铅在脑组织中主要分布于海马和额叶皮质等脑区,在各类神经细胞中的分布以在细胞核内为主,其次为胞质。3.二价金属转运体1(DMT1)、钙离子通道、connexin-43半孔道结构是铅进入神经细胞的主要途径,其在铅转运中的作用受到细胞类型的影响。4.铅暴露一方面通过诱导内质网分子伴侣GRP78表达增高,激活Src通路,特异性下调紧密连接蛋白occludin的表达水平;另一方面,诱导星形胶质细胞表达和释放基质金属蛋白酶(MMPs);从而造成屏障结构的损伤。5.铅暴露可通过下调NLGN1的表达,导致大鼠海马神经元树突棘数量的减少,从而影响突触可塑性。6.在人群现场研究的基础上,通过采集血液样本,采用分子遗传学、生物信息学等研究手段,发现miR-18a、miR-34b、miR-106b、miR-494等microRNA分子与儿童铅暴露水平密切相关,而miR-204,miR-211,miR-448参与了铅所致神经元损伤效应。7.补铁可以拮抗铅引起的BBB结构破坏;补硒可通过降低铅引起的脑内氧化应激反应而发挥保护作用;使用米诺环素抑制铅引起的小胶质细胞异常活化,可以有效地抑制大脑炎症反应,减轻铅所引起的脑功能损伤。结论:铅暴露可导致学习记忆功能损害,其机制与神经突触可塑性的损伤直接相关。铅在大脑海马和皮质的特异性蓄积是其损伤脑功能的重要基础,而对大脑屏障的破坏是铅进入大脑并破坏脑内环境稳态的重要环节。microRNA分子的变化与铅暴露水平及损伤效应密切相关,有望成为新的铅神经毒性的生物标志物。补充铁、硒,以及干预小胶质细胞的活化可以对铅所致脑功能损伤产生保护作用。
引文