乙酸鉛誘導PC 12細胞凋亡的信號途徑研究.pdf

1、鉛是一種常見的重金屬，由于其延展性好、抗腐蝕能力強、熔點低等特性，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中被廣泛應(yīng)用。鉛無法被生物所降解，所以其在環(huán)境各相和生物系統(tǒng)中持續(xù)存在，造成了全球性的空氣、水、土壤鉛污染的問題，并對人類健康構(gòu)成持續(xù)性的威脅。鉛暴露能引起人體的生理、生化及行為等方面發(fā)生異常。大量的研究已證實鉛毒性可涉及到人體全身，累及神經(jīng)、血液、心血管、泌尿、生殖、骨骼、內(nèi)分泌及免疫等系統(tǒng)；其中神經(jīng)毒性由于對學齡前兒童的嚴重危害而受到更為廣泛的關(guān)注

2、。 近些年來，鉛的毒性機理也得到了較為充分的研究，發(fā)現(xiàn)鉛主要通過與蛋白結(jié)合和模擬鈣的功能產(chǎn)生毒性。最近許多研究還發(fā)現(xiàn)鉛能引起大鼠腦、睪丸、成纖維、肺和視網(wǎng)膜細胞發(fā)生凋亡，提示細胞凋亡可能在鉛毒性中起了重要的作用。細胞凋亡是一種高度受調(diào)控的細胞死亡方式，是應(yīng)對外界刺激，維持機體平衡的重要手段。細胞凋亡的調(diào)控十分復雜，主要有三條信號途徑參與其中：死亡受體途徑、線粒體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑。凋亡的信號途徑涉及了數(shù)百個基因和蛋白，從而構(gòu)成了一

3、個復雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對細胞的生或死進行精密的調(diào)控。 以往的研究中提示，線粒體途徑可能在鉛誘導細胞凋亡中起了主要作用。然而，鉛是如何導致線粒體功能失調(diào)以及哪些上游信號參與了線粒體途徑尚未明確。此外，鉛能擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣的穩(wěn)態(tài)，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑是否也參與了鉛誘導細胞凋亡的過程尚無研究報道。 綜上所述，本研究以神經(jīng)元模式細胞-PC 12細胞為研究對象，驗證乙酸鉛能否誘導PC 12細胞發(fā)生凋亡。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的模式生物細胞凋亡機理逐

4、步推測線粒體上游途徑的參與者(如DNA損傷、p53蛋白、Bcl-2家族蛋白、細胞色素c和caspase-3等)，并用相關(guān)實驗進行驗證，最終勾畫出較為完整的鉛誘導細胞凋亡的線粒體途徑。此外，通過檢測內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡事件(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特異性的凋亡酶caspase-12和鈣蛋白酶calpain是否被激活；GRP78和CHOP表達是否發(fā)生改變等)，進一步探索內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑在此過程中的作用，以期對鉛誘導凋亡的機理有更為全面的認識。 主要實驗結(jié)果：

5、 1.乙酸鉛能引起PC 12細胞增殖顯著下降。 2.光鏡下觀察，乙酸鉛對PC 12細胞的形態(tài)和細胞骨架無明顯改變。 3.電鏡下觀察，乙酸鉛能使細胞核固縮，線粒體腫脹、正常結(jié)構(gòu)消失并伴有空泡化，胞內(nèi)出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，但內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未見異常。 4.乙酸鉛能引起PC 12細胞DNA鏈斷裂，損傷程度存在濃度依賴關(guān)系。 5.乙酸鉛能誘導PC 12細胞發(fā)生凋亡，并存在濃度依賴關(guān)系。 6.乙酸鉛能引起caspase-3

6、活化程度顯著增強，并存在濃度依賴關(guān)系。 7.乙酸鉛對PC 12細胞的calpain活性無明顯改變。 8.乙酸鉛能促進PC 12細胞胞質(zhì)細胞色素c水平的提高，Bax和p53表達增加，Bcl-2表達下降，Bax／Bcl-2比值上升。 9.乙酸鉛能促進PC 12細胞GRP78表達的增加，而CHOP和procaspase-12表達未改變，caspase-12未剪切活化。 結(jié)論： 1.鉛誘導細胞凋亡的線粒體

7、途徑：鉛通過損傷細胞DNA誘導p53激活，并進一步引起B(yǎng)ax表達增加，導致：Bax／Bcl-2比值升高，線粒體通透性改變，細胞色素c等促凋亡物質(zhì)釋放入胞質(zhì)，引起caspase級聯(lián)激活，并最終導致細胞凋亡的發(fā)生。 2.結(jié)合形態(tài)學和生化研究結(jié)果，在本研究條件下，鉛通過線粒體途徑誘導細胞凋亡，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑可能并未參與此過程。 3.鉛誘導細胞凋亡生化指標改變的同時，細胞器也發(fā)生了形態(tài)學改變。 4.細胞凋亡可能在鉛致毒過程