鎘致線粒體損傷及干預研究.pdf

1、鎘是一種工業(yè)和環(huán)境污染物，一旦被人體攝入易在體內積蓄從而引起人體多系統(tǒng)、多器官損傷。肝臟、腎臟為鎘在體內蓄積和損傷的主要靶器官。在細胞內，線粒體因其在氧化供能與介導細胞凋亡中的重要作用成為控制細胞生死的關鍵亞細胞器。同時，線粒體又是一種對外界刺激與損傷十分敏感的亞細胞器。
　　本研究通過對腎皮質超微結構的觀察，以及對分離制備大鼠肝臟、腎臟線粒體呼吸功能、腫脹效應、膜電位、線粒體活力、超氧自由基水平的測定，從整體動物和體外線粒體染毒

2、角度分析了鎘對線粒體的損傷效應。同時，利用釕紅(RR)、環(huán)孢素A(CsA)、二硫蘇糖醇(DTT)、EGTA等工具藥，探究鎘對線粒體的損傷機制，并對鎘致線粒體損傷進行干預研究。
　　通過嚴格的線粒體制備方法可富集得到高純度線粒體組分，為后續(xù)線粒體功能測定提供符合要求的線粒體樣本。
　　5天大鼠皮下鎘染毒實驗發(fā)現(xiàn)：1.2mgCd/kgbw與1.8mgCd/kgbw鎘染毒可引起明顯的腎皮質線粒體嵴斷裂、線粒體基質空泡化及線粒體腫脹

3、的發(fā)生；1.8mgCd/kgbw劑量組還有細胞能量供應受阻、胞質空洞和溶酶體增加等現(xiàn)象發(fā)生，提示細胞水平的嚴重損傷。大鼠腎臟線粒體呼吸控制率(RCR)值隨鎘染毒劑量增加而降低，且1.8mgCd/kgbw劑量組RCR值顯著低于對照組；腎臟線粒體腫脹水平顯示出隨鎘染毒劑量增加而增高的趨勢：線粒體膜電位水平隨鎘染毒劑量增加而下降，并在1.8mgCd/kgbw劑量組有顯著性差異；自由基水平也隨染鎘劑量增加而增高，并且在1.2mgCd/kgbw和

4、1.8mgCd/kgbw劑量組顯著高于對照組水平。
　　12周大鼠亞慢性灌胃鎘染毒實驗發(fā)現(xiàn)：4周鎘染毒即造成大鼠腎皮質線粒體腫脹和空泡化發(fā)生，1.0mgCd/kgbw和2.0mgCd/kgbw劑量組中均出現(xiàn)嚴重的線粒體腫脹、基質空泡化等病理特征，表明Cd2+對腎皮質細胞的嚴重損傷。隨染毒劑量和染毒時間的增加，腎臟線粒體RCR值均呈下降趨勢，表明鎘對染毒大鼠腎皮質線粒體呼吸功能的損傷呈時間依賴性和劑量依賴性加重。染毒4周，腎臟線粒體

5、超氧自由基水平隨染毒劑量增加而增高，表明鎘染毒引起腎皮質抗氧化能力的下降和氧化損傷的加重。此后，線粒體超氧自由基生能力成隨線粒體活力下降而降低。
　　體外大鼠肝臟、腎臟線粒體鎘染毒實驗發(fā)現(xiàn)：Cd2+呈劑量依賴性抑制肝臟、腎臟線粒體RCR值；Cd2+也呈劑量依賴性引起大鼠肝臟、腎臟線粒體腫脹。其EC50分別為為8.27μM和16.27μM，最大腫脹率分別為40％和30％左右：對Cd2+和Ca2+引起肝臟線粒體腫脹效應的比較顯示，Cd

6、2+和Ca2均能呈劑量依賴性引起肝臟線粒體腫脹，其EC50分別為8.27μM和47.43μM。其最大腫脹率分別為40％和25％左右；Cd2+可呈劑量依賴性引起肝臟、腎臟線粒體膜電位耗散，其EC50值分別為10.55μM和26.83μM。而Cd2+抑制大鼠肝臟、腎臟線粒體活力的EC50值分別為8.27μM和7.73μM。上述結果提示肝臟線粒體對Cd2+損傷較腎臟線粒體更為敏感。
　　通過對工具藥干預作用的研究發(fā)現(xiàn)：鈣離子單向轉運體阻

7、斷劑RR可顯著抑制各劑量Ca2+及低劑量(10μM)Cd2+引起的線粒體腫脹效應和膜電位耗散作用，隨著Cd2+劑量的增加，RR的阻斷效應逐漸減弱。線粒體通透性孔道(MPTP)阻斷劑CsA能有效抑制不同濃度Ca2+引起的肝臟線粒體腫脹效應，但對Cd2+引起的肝臟線粒體損傷僅有部分抑制作用，而對Cd2+致腎臟線粒體腫脹幾乎無效。在肝臟線粒體上，CsA可有效對抗20μMCd2+引起的膜電位耗散作用，但在腎臟線粒體上CsA無效，提示Cd2+對不

8、同器官線粒體損傷的差異。
　　巰基保護劑DTT可呈劑量依賴性顯著降低Cd2+引起的肝臟線粒體腫脹效應，等劑量抑制Cd2+引起的膜電位耗散作用，并相應抑制Cd2+對線粒體活力的影響。鈣離子螫合劑EGTA可呈劑量依賴性降低10μMCd2+對線粒體腫脹效應、膜電位耗散和線粒體活力的影響。
　　綜上所述，本研究在整體動物實驗上證實腎臟線粒體為鎘損傷的重要靶部位，鎘可引起腎皮質細胞超微結構的改變，并造成腎臟線粒體呼吸功能受損、活力下降

9、。體外實驗顯示，鎘可呈劑量依賴性抑制肝臟、腎臟線粒體呼吸功能、引起線粒體腫脹、線粒體膜電位耗散和線粒體活力下降。鎘的損傷作用有明顯的器官差異，肝臟線粒體對鎘損傷較腎臟線粒體更為敏感。鎘主要通過線粒體上鈣通道進入線粒體，引起線粒體通透性孔道開放。釕紅可在一定濃度有效阻斷鎘的損傷作用，CsA也可在一定程度上抑制鎘損傷效應。鎘還可通過與蛋白上巰基結合產(chǎn)生毒性損傷，DTT可一定程度對抗鎘的損傷作用；EGTA也可一定程度消除鎘的損傷作用。DTT的