稀土元素引起小鼠肝臟損傷的分子機(jī)制.pdf

1、稀土元素是位于化學(xué)元素周期表IIIB族中的鈧、釔及15種鑭系元素的總稱，由于具有獨(dú)特的理化性質(zhì)而在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、文化、醫(yī)藥及日常生活諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，從而導(dǎo)致越來越多的稀土化合物不可避免地通過食物鏈進(jìn)入生態(tài)環(huán)境和人體。作為生物體非必須元素，勢(shì)必對(duì)人類健康形成威脅。人們就其毒理學(xué)效應(yīng)已開展了廣泛的研究，但有關(guān)稀土元素引起肝臟損傷的作用機(jī)制研究得還不夠深入，且多集中于單一稀土元素或稀土混合物。鑒于此，我們比較研究了鑭、鈰、釹三種稀土元素對(duì)IC

2、R小鼠肝臟損傷的分子機(jī)制并探討了稀土元素的4f電子層結(jié)構(gòu)和變價(jià)特性與肝臟損傷的關(guān)系，旨在為稀土的生物安全應(yīng)用提供參考。
　　 論文主要涉及以下內(nèi)容：
　　 (1)研究了連續(xù)14天腹腔注射氯化稀土溶液(20mg/kg BW)對(duì)小鼠肝臟的毒性效應(yīng)及其分子機(jī)制。腹腔注射14天后，發(fā)現(xiàn)小鼠體重并未發(fā)生明顯變化，但肝體比顯著增加，三種稀土元素在肝臟中均有明顯的蓄積，其順序?yàn)镃e3+>Nd3+>La3+>對(duì)照。通過光鏡觀察到La3+

3、處理后引起肝組織嗜堿粒細(xì)胞增加和中央靜脈淤血，Ce3+處理引起肝細(xì)胞壞死和嗜堿粒細(xì)胞大量增加，Nd3+處理組呈現(xiàn)肝臟組織中央靜脈淤血和明顯的血管擴(kuò)張；血生化分析表明稀土處理后谷丙轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、假膽堿酯酶活性顯著上升，白蛋白/球蛋白比值下降，其順序?yàn)镃e3+>Nd3+>La3+>對(duì)照，提示小鼠肝臟功能的損傷以Ce3+處理最嚴(yán)重，其次為Nd3+處理，La3+處理最輕。肝組織抗氧化結(jié)果顯示：三種稀土元素均導(dǎo)致

4、肝臟組織活性氧自由基大量積累，脂質(zhì)過氧化加劇，而超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶等抗氧化系統(tǒng)酶活性明顯下降，非酶抗氧化劑還原型抗壞血酸和還原型谷胱甘肽含量也顯著降低，表明稀土元素削弱了小鼠肝臟的抗氧化防御能力，對(duì)肝臟造成了氧化性傷害，其氧化性傷害程度為Ce3+>Nd3+>La3+。通過實(shí)時(shí)定量RT-PCR和ELISA分析表明，三種稀土元素處理后均引起了肝臟核轉(zhuǎn)錄因子-κB、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子、腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素

5、-6、白細(xì)胞介素-1β、C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞介素-4和白細(xì)胞介素-10等炎性細(xì)胞因子的基因及蛋白表達(dá)水平顯著上升，其上升的幅度也表現(xiàn)為Ce3+>Nd3+>La3+>對(duì)照。這些結(jié)果提示稀土元素處理引起的肝臟病變與自由基的大量積累及炎性細(xì)胞因子的表達(dá)增加有密切關(guān)系，且也可能與稀土元素的4f電子層結(jié)構(gòu)和變價(jià)特性有一定的關(guān)系。
　　 (2)深入研究了不同劑量CeCl3溶液連續(xù)灌胃45天后引起小鼠肝臟炎癥反應(yīng)的信號(hào)途徑。結(jié)果表明隨著灌胃劑量

6、的升高，小鼠的生長逐漸減緩，肝體比增加，Ce元素在肝臟明顯積累，在光鏡下觀察到肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)大面積模糊、間質(zhì)管充血、水樣變性、炎性細(xì)胞浸潤及細(xì)胞核空淡化，肝功能分析顯示血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、假膽堿酯酶和亮氨酸氨肽酶活力也隨之上升，而免疫球蛋白IgM含量明顯下降。這表明高劑量CeCl3影響了肝臟的正常功能，并降低了機(jī)體免疫力。實(shí)時(shí)定量RT-PCR和ELISA分析表明CeCl3誘導(dǎo)了肝臟Toll樣受體2、4(T

7、LR2、TLR4)、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)、NF-κBP52、NF-κBP65、NF-κB誘導(dǎo)激酶(NIK)、IκB激酶-α(IKK-α)、IκB激酶-β(IKK-β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的表達(dá)，而NF-κB抑制蛋白(IκB)和白細(xì)胞介素2(IL-2)的表達(dá)受到抑制，由此進(jìn)一步證實(shí)CeCl3引起的小鼠肝臟炎癥反應(yīng)與炎性細(xì)胞因子表達(dá)的改變緊密相關(guān)。我們推測(cè)TLRs表達(dá)量的增加誘導(dǎo)NIK的活化，從而引起IKKs和IκB的

8、磷酸化，IκB的蛋白泛素化和降解最終導(dǎo)致NF-κB的激活和隨后的炎癥。其可能的信號(hào)通路為CeCl3→INF-α↑→TLRs(TLR2、TLR4)↑→NIK↑→IKKs(IKK-α、IKK-β)↑→IκB↓→NF-κB(NF-κBP52、NF-κBP65)↑→促炎細(xì)胞因子↑→炎癥發(fā)生→肝損傷。
　　 (3)從體內(nèi)、體外兩方面比較研究了La3+、Ce3+和Nd3+對(duì)乳酸脫氫酶(LDH)及Ce3+對(duì)谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)活性和構(gòu)象的影響

9、。發(fā)現(xiàn)在一定濃度范圍內(nèi)，三種稀土離子在體內(nèi)和體外均可激活LDH，且低濃度時(shí)LDH活性逐漸增加，高濃度時(shí)其活性逐漸下降，其中Ce3+的激活作用最顯著，其次為Nd3+；酶動(dòng)力學(xué)分析表明LDH與三種稀土離子的親和力強(qiáng)度為Ce3+％Nd3+>La3+；光譜學(xué)研究顯示稀土離子與LDH的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)Ce3+為1.2，La3+和Nd3+均為1.55；稀土離子處理導(dǎo)致LDH二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，其中Ce3+處理后LDH結(jié)構(gòu)變化最大，其次為Nd3+處理。推測(cè)稀土

10、離子可通過改變酶的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致底物在酶活性中心的結(jié)合及酶催化活性發(fā)生變化。本研究再次證實(shí)稀土元素引起乳酸脫氫酶活性及構(gòu)象的變化可能與稀土元素的4f電子層結(jié)構(gòu)及變價(jià)特性有關(guān)。
　　 在一定濃度范圍內(nèi)，Ce3+在體內(nèi)和體外也均可顯著激活A(yù)LT；體外酶動(dòng)力學(xué)分析表明Ce3+在低濃度范圍內(nèi)與ALT的親和力較高。光譜學(xué)分析表明，Ce3+可以與ALT結(jié)合，結(jié)合位點(diǎn)為1.72，結(jié)合常數(shù)分別為4.82×108Lmol-1和9.05×107Lmol-