典型全氟-多氟磺酸化合物對大鼠長時程增強的影響和機制研究.pdf

1、全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate，PFOS)是一種最典型的全氟磺酸化合物，由于良好的表面活性和穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。PFOS能夠通過血腦屏障對發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)造成影響，抑制仔鼠學(xué)習(xí)記憶能力，但其機制尚不清楚。自2009年P(guān)FOS被列入斯德哥爾摩公約，已在多國禁止生產(chǎn)使用，但在某些生產(chǎn)領(lǐng)域仍在持續(xù)使用，包括直接向環(huán)境中排放的泡沫滅火劑和殺蟲劑。此外，PFOS替代品生產(chǎn)應(yīng)用的快速發(fā)展，使

2、得大量短碳鏈及插入氮、氧等雜原子的全氟/多氟磺酸類化合物的環(huán)境水平升高，然而相關(guān)的毒理學(xué)研究極其有限，環(huán)境健康風(fēng)險未知。研究典型全氟/多氟磺酸化合物的神經(jīng)毒性效應(yīng)和機制，對于闡明這類污染物與學(xué)習(xí)能力損傷、神經(jīng)退行性疾病之間的關(guān)系具有重要意義。
　　本論文利用整體動物建立交叉哺育模型進行發(fā)育期暴露，研究PFOS對反映學(xué)習(xí)記憶能力的關(guān)鍵指標(biāo)長時程增強(LTP)的影響，結(jié)合原代海馬神經(jīng)元細胞離體培養(yǎng)，從α-氨基羥甲基惡唑丙酸(AMPA)

3、受體運輸調(diào)控探討PFOS暴露引起LTP損傷的潛在機制。進一步對與學(xué)習(xí)記憶能力密切相關(guān)的Tau磷酸化和β淀粉樣蛋白(Aβ)生成過程進行檢測，闡明發(fā)育期PFOS暴露與神經(jīng)退行性疾病的可能關(guān)聯(lián)。最后，比較急性側(cè)腦室暴露典型全氟/多氟磺酸化合物對在體LTP的影響，初步評價其神經(jīng)毒性潛能。主要內(nèi)容包括:
　　(1)建立整體動物交叉哺育模型，利用電生理技術(shù)測定PFOS對大鼠海馬CA1區(qū)在體LTP的影響，闡明發(fā)育期PFOS暴露損傷學(xué)習(xí)記憶能力的

4、機制。結(jié)果顯示:發(fā)育期PFOS暴露會劑量依賴性抑制LTP的誘發(fā)和維持，與PFOS影響大鼠自發(fā)行為和損傷學(xué)習(xí)記憶能力的結(jié)果一致，為PFOS的發(fā)育神經(jīng)毒性提供了電生理學(xué)依據(jù)。高頻刺激60min后5mg/L和15mg/L PFOS暴露組的場突觸后電位(field-excitatory postsynaptic potential，fEPSP)幅值與對照組相比降低20-27％。反映基礎(chǔ)突觸傳遞能力的輸入輸出曲線(I/O)刺激強度在0.3-0.5

5、mA時PFOS處理組fEPSP幅值比對照組顯著降低，雙脈沖易化效應(yīng)(PPF)在最大易化點TT15組顯著低于對照組。結(jié)果提示PFOS發(fā)育期暴露會同時影響突觸前細胞和突觸后細胞的突觸傳遞效率和突觸可塑性，是PFOS損傷學(xué)習(xí)記憶能力的重要機制。
　　(2)結(jié)合體內(nèi)實驗和體外實驗，闡明PFOS損傷LTP的AMPA調(diào)控機制。PFOS發(fā)育期體內(nèi)暴露引起GluR1和GluR2蛋白和基因的表達水平下調(diào)，同時引起磷酸化蛋白GluR1-s831和蛋白

6、激酶CaMKⅡ-α表達水平下調(diào)。新生仔鼠原代海馬神經(jīng)元細胞暴露于2μM和20μM PFOS后，AMPA受體亞基GluR1和GluR2在膜上的表達降低，與體內(nèi)實驗結(jié)果一致。PFOS引起谷氨酸作用蛋白GRIP1表達顯著下調(diào)，與GluR2變化趨勢一致，RNA剪輯酶ADAR2mRNA表達比對照組增加2倍。NBQX抑制PFOS對細胞鈣穩(wěn)態(tài)和相關(guān)基因表達的影響。結(jié)果說明PFOS通過改變AMPA受體亞基的表達調(diào)節(jié)AMPA受體的動態(tài)分布，提高AMPA受

7、體對Ca2+的通透性，損傷神經(jīng)突觸可塑性。
　　(3)通過考察PFOS發(fā)育期暴露對Tau磷酸化和Aβ聚集水平的影響，闡明PFOS發(fā)育期暴露與神經(jīng)退行性疾病之間的可能關(guān)聯(lián)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):PFOS發(fā)育期暴露引起Tau總蛋白及mRNA表達水平上調(diào)，引起Tau蛋白在S199、T231、S396位點的磷酸化水平升高以及蛋白激酶GSK-3β蛋白含量顯著上調(diào)。PFOS發(fā)育期暴露促進淀粉樣蛋白前體App mRNA的表達上調(diào)，Aβ1-42表達增加，早老

8、素Ps-1表達下調(diào)，引起App剪切過程異常和Aβ聚集。另外，PFOS血清濃度較低的出生前PFOS暴露組和出生后暴露組及出生前后均暴露組對Tau磷酸化和Aβ聚集水平的影響程度相當(dāng)，提示胚胎期PFOS暴露具有較高的發(fā)育神經(jīng)毒性。
　　(4)比較典型全氟/多氟磺酸類化合物急性側(cè)腦室注射對在體LTP的影響，研究PFOS替代物的潛在神經(jīng)毒性效應(yīng)和機制。結(jié)果表明，PFOS替代物均對LTP產(chǎn)生抑制作用，并隨暴露濃度升高抑制作用增強。高頻刺激后6

9、0 min，對照組fEPSP幅值仍維持在基線的140％以上，而100μM PFOS、全氟己烷磺酸(PFHxS)和氯代多氟醚基磺酸(C1-PFAES)的fEPSP幅值降低至基線的97％和98％，顯著低于對照組。全氟丁烷磺酸鉀鹽(PFBS)對LTP的抑制作用較弱，fEPSP幅值維持在基線的122％，與對照組無顯著差異。PFHxS和C1-PFAES對LTP的損傷程度與PFOS相近，提示PFHxS和C1-PFAES具有與PFOS相當(dāng)?shù)膿p傷神經(jīng)突

10、觸可塑性的潛能。C1-PFAES對基礎(chǔ)波fEPSP有顯著的抑制作用，提示C1-PFAES可能具有與全氟磺酸類化合物不同的神經(jīng)毒性作用機制。因此有必要進一步研究PFOS替代物的發(fā)育神經(jīng)毒性。
　　發(fā)育期PFOS暴露抑制LTP的誘導(dǎo)和維持，AMPA受體調(diào)控是其重要機制。PFOS通過抑制蛋白激酶CaMKⅡ-α對GluR1-s831、GluR2-s880的磷酸化，改變AMPA受體亞基GluR1、GluR2在細胞膜上的分布，引起AMPA受體