收藏本站
《华中农业大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

镉中毒及锌对镉中毒的作用机理研究

张鼎  
【摘要】:镉(Cadmium,Cd)是一种有毒的重金属元素,可以造成人和动物多种器官或系统的毒性损伤。肝脏和肾脏是机体镉中毒最主要的两个靶器官。高浓度或者急性镉中毒主要引起肝损伤;低浓度或慢性镉中毒则主要造成肾损害。细胞水平上,镉可以通过多种途径诱导细胞凋亡。其中,镉诱导的细胞ROS增加是引起细胞凋亡的重要原因之一。镉能直接或间接引起细胞ROS过量产生,同时镉持续消耗MT、GSH、SOD等细胞重要的抗氧化蛋白、酶,最终造成ROS在细胞内短暂或持续性的累积。随后细胞发生脂质过氧化物反应,经历氧化损伤。氧化损伤进一步导致细胞结构完整性下降、线粒体等细胞器功能损害、染色体断裂、功能蛋白失活等一系列后果,最终细胞发生不可恢复性损伤,走向凋亡。锌(Zinc,Zn)是一种机体必需的微量元素,参与人体超过120多种酶的生物合成和300多种酶的功能调控。缺锌会造成胎儿发育异常、免疫力下降、神经紊乱、机体疾病发生和死亡率提高等一系列后果。近年来,人们发现锌可以对抗包括重金属在内多种刺激引起的细胞毒性,起到解毒效果。锌对细胞的保护作用涉及多种机制,其中,被广泛研究的一种是锌对细胞抗氧化能力的提高作用。锌通过促进细胞内还原性蛋白和抗氧化酶的表达,提高细胞的抗氧化能力,加速细胞对ROS的清除效率,对抗刺激源引起的细胞脂质过氧化物反应和氧化性损伤,最终抑制细胞凋亡。金属硫蛋白(MT)是一类富含半胱氨酸的低分子多肽,对维护细胞正常氧化还原状态起着至关重要的作用。MT对细胞自由基具有强大的清除能力,能及时清理细胞新陈代谢过程中产生的ROS。锌是MT生理状态下结合的主要金属元素,同时也是MT细胞表达的重要诱导物。锌对MT的调控依赖金属结合原件(MTF-1)的参与。锌通过与MTF-1结合,激活MTF-1蛋白活性。活化的MTF-1向细胞核移动,与位于MT转录基因上游的金属反应应答原件(MRE)识别并结合,开启MT基因转录程序。20世纪60年代起,人们陆续建立了鼠、兔、猪、猴、鱼等多种镉中毒模型,从不同角度研究镉中毒机理。近年来,有人通过向镉中毒模型中添加锌剂的方法,研究锌对镉中毒的解毒效果和作用机理。然而,作为一种外源性物质,不同剂量的锌添加会对机体和细胞产生不同的作用效果,而且不同的种属和器官对锌的耐受力也存在着很大的差异。所以锌在镉中毒过程中的作用尚不完全清楚,且备受争议。本试验在参考前人研究成果基础上,运用金属组学方法,通过以下几个方面对镉中毒以及锌对镉中毒的作用机理展开研究。1.慢性镉中毒对小鼠肝、肾中MT基因、蛋白表达的影响连续21天对昆明小鼠腹腔注射1 mg/kg体重的Cd Cl2(Cd2+计)。第22天时一次性牺牲小鼠,摘取小鼠肝、肾。提取各组小鼠肝、肾的RNA和蛋白,荧光定量PCR和双抗夹心ELISA法分别检测肝、肾MT基因和蛋白的表达水平。结果显示,与对照组相比,镉攻毒组小鼠肝脏MT-1和MT-2 m RNA转录水平均显著提高(P0.01),分别上升7.7和10倍。镉攻毒同时引起小鼠肾脏MT基因表达量的显著增加。但与肝脏不同,镉攻毒组小鼠肾脏MT-1 m RNA的转录水平(P0.01)高于MT-2 m RNA(P0.05),表达量约为MT-2 m RNA的2倍。免疫组化结果显示,MT蛋白在肝细胞胞质中均匀分布,在肾脏近曲小管和部分远曲小管细胞质中存在明显。双抗夹心ELISA法进一步检测肝、肾中MT蛋白含量。对比正常组小鼠,镉攻毒组小鼠肝脏中MT蛋白含量增加,差异极显著(P0.01);而肾脏MT蛋白攻毒前后水平趋于稳定,差异不显著(P0.05)。这一结果可能与Cd-MT在肾脏的分解和代谢平衡有关。但无论试验组或对照组,肾脏中MT蛋白总量均高于肝脏。2.慢性镉中毒对小鼠肝、肾中金属元素代谢的影响与对照组小鼠相比,镉攻毒组小鼠肝、肾组织中镉离子含量均大幅增加(P0.01),且镉离子在肝脏中的积累是肾脏的2倍多。伴随着镉离子在小鼠器官中的聚集,试验组小鼠肝、肾中锌离子含量也明显增加,分别达到66.04μg/g(P0.01)和35.33μg/g(P0.05)。与锌离子的变化趋势相反,试验组小鼠肾脏钙离子含量显著上升(P0.01),达到700μg/g体重,而在肝脏中钙离子含量出现明显降低。铁离子变化趋势与钙离子相同,在试验组小鼠肾脏中含量显著增加(P0.01),而在肝脏中有所降低。慢性镉攻毒后,铜离子含量在肝脏中显著增加(P0.01);在肾脏中也有上升,但差异不显著。3.镉对牛肾上皮细胞的毒性损伤前期试验结果表明镉中毒能引起肝、肾组织对锌离子吸收的增加。为了进一步探讨镉毒性损伤以及锌在镉中毒过程中发挥的作用,本试验采用体外研究模式,对牛肾上皮细胞系(MDBK)进行镉攻毒,观察24 h内镉对MDBK细胞的毒性损伤,并通过向细胞培养液中添加Zn Cl2的方式,探讨锌添加对镉细胞毒性的作用效果及其原理。试验结果显示,单独镉攻毒造成MDBK细胞时间-浓度依赖性细胞凋亡。镉攻毒导致细胞结构破坏、骨架蛋白降解、细胞ROS含量聚集、线粒体膜电位下降等一系列毒性损伤。10μM镉处理引起细胞轻度损伤,细胞ROS随攻毒时间的延长持续积累,线粒体膜电位不断下降,部分细胞发生凋亡。50μM镉攻毒造成ROS在短时间内在细胞内的快速累积,线粒体损伤严重,大部分细胞经历不可恢复性损伤,细胞凋亡率大幅增加。4.锌添加对镉致牛肾上皮细胞毒性的影响试验向镉攻毒细胞培养液中加入不同浓度Zn Cl2,研究锌对镉细胞毒性的作用效果。结果表明,锌添加能显著降低镉中毒引起的细胞凋亡,对细胞产生明显的保护作用。试验同时发现锌对镉中毒的抑制作用是有条件的。轻度镉中毒(10μM)下,锌添加能显著降低镉中毒导致的细胞ROS过量产生,恢复线粒体膜电位水平以及细胞结构完整性,从而减少细胞凋亡,对抗镉毒性。锌添加对轻度镉中毒的抑制作用呈现浓度依赖性。提高细胞液锌离子添加量(50μM)能显著增强锌对细胞的保护作用,对镉毒性的对抗作用更明显。然而,锌的浓度依赖性细胞保护作用只在轻度镉中毒情况下效果明显,对重度镉中毒造成的损伤抑制作用并不显著。细胞遭受高浓度镉攻毒后(50μM),锌添加只能减小镉攻毒前期(12 h)引起的细胞损伤,在一定程度上降低细胞ROS的产生,恢复线粒体膜电位水平。在重度镉攻毒后期(12 h),锌添加对镉损伤的抑制作用不明显,甚至起到加剧镉细胞毒性的作用。这可能是因为长时间的高浓度镉攻毒导致细胞发生不可恢复性损伤,添加锌不但无法改善细胞功能或相关蛋白的活性,相反会成为额外刺激,引起细胞的二次损伤。5.镉、锌单独或联合处理对牛肾上皮细胞MTF-1、MT表达水平的影响镉、锌单独处理MDBK细胞0-24 h,MT-1/2 m RNA转录水平均呈现不同程度的上升。向镉攻毒细胞液中添加锌,MT-1和MT-2基因的表达水平进一步提高。这提示镉或锌都能促进MDBK细胞MT基因的表达,而锌添加可以通过进一步提高镉攻毒细胞中MT基因的表达量来发挥作用。另外,单独镉、锌处理均能引起MDBK细胞MTF-1基因不同程度的表达增加;向镉攻毒细胞液中添加锌,MTF-1基因的表达水平出现进一步的上升,这提示锌对MT基因的调控可能与MTF-1表达量的增加有关。蛋白免疫印迹分析表明,单独镉、锌处理均能引起MDBK细胞MTF-1、MT蛋白时间-浓度依赖性表达增强。对镉攻毒细胞进行锌补充,细胞MTF-1、MT蛋白合成量继续上升,且这种趋势也具有时间-浓度依赖性。蛋白分析结果与基因检测结果趋势相吻合。试验还通过对MTF-1、MT蛋白进行免疫荧光检测,从蛋白细胞分布强度上验证了以上结果。6.锌添加对镉攻毒细胞Cd2+、Zn2+吸收作用的影响试验采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)测定镉、锌单独或联合处理过程中细胞内Cd2+和Zn2+的含量,研究锌添加是否能影响细胞对镉的吸收。结果显示,锌对低浓度镉(10μM)引起的细胞内Cd2+聚集具有显著的浓度依赖性抑制作用,且这一过程伴随着细胞内Zn2+含量的增加。而面对高浓度镉(50μM)攻毒,锌对细胞Cd2+吸收的抑制作用并不明显,甚至高剂量锌添加(50μM)会加重Cd2+在细胞内的沉积。以上结果表明,锌可以阻止镉攻毒过程中细胞对Cd2+的吸收,产生细胞保护作用。但锌这一影响的实现是有条件的,即锌对细胞Cd2+的吸收抑制在轻度镉攻毒模式下效果显著,在重度镉中毒过程中并不明显。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S856.9

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 杨靖辉,常林,唐朝枢;金属硫蛋白——心血管细胞保护剂[J];北京大学学报(医学版);2002年05期
2 梁弟;镉对机体毒性作用机制国内研究进展[J];职业与健康;2002年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘颖;氯化镉诱导HL-7702细胞凋亡及其机制的研究[D];吉林大学;2006年
2 刘爱华;p53和p38对UV诱导的细胞凋亡的抑制效应及其机制研究[D];第一军医大学;2007年
3 杜文静;p53蛋白在细胞凋亡中的作用机制研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 彭西;雏鸭锌缺乏及锌中毒的病理学研究[D];四川农业大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林丽娜;林育纯;陈慧峰;罗洁;李晓杰;胡耀明;李文;张树江;陈雯;林忠宁;;PP2A-B56γ高表达抑制镉诱导的人肝L02细胞DNA损伤[J];癌变·畸变·突变;2012年03期
2 耿彬,常林,杜军保,唐朝枢;防治高同型半胱氨酸血症的新策略[J];北京大学学报(医学版);2005年02期
3 林静;何娅妮;杨聚荣;李新伦;梁海君;吴劲松;李开龙;丁涵露;张建国;;质粒表达型siRNA对人近端肾小管上皮细胞cubilin表达的抑制作用[J];第三军医大学学报;2007年06期
4 胡迎利;陈国胜;职爱民;;动物肠道锌元素吸收机制研究进展[J];饲料工业;2010年19期
5 杨劲松;张文昌;;镉对细胞信号转导系统干扰作用研究进展[J];福建医科大学学报;2006年05期
6 李鑫;易建华;;居住在镉污染区人群的组织镉浓度[J];国外医学(医学地理分册);2008年02期
7 牟崇明,陈玉培;金属硫蛋白在心肌缺血再灌注损伤中的作用[J];国外医学.麻醉学与复苏分册;2004年05期
8 陈林兴;张丽玲;黄华;陈慎仁;;NGAL与慢性粒细胞性白血病[J];国际检验医学杂志;2010年01期
9 王培培;吴建胜;;细胞凋亡在急性胰腺炎腺泡细胞损伤中的机制研究[J];国际消化病杂志;2009年06期
10 丁鸿;杨杏芬;;环境镉危害早期健康效应风险评估的研究进展[J];国外医学(卫生学分册);2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 关坤;徐兆发;张芳林;邓小强;徐斌;邓宇;;镉致大鼠肝线粒体氧化损伤的实验研究[A];中国毒理学会生化与分子毒理专业委员会第六届全国学术会议、中国毒理学会遗传毒理专业委员会第五届全国学术会议、广东省预防医学会卫生毒理专业委员会学术会议、广东省环境诱变剂学会学术会议论文汇编[C];2008年
2 吴庆钰;杨俊诚;张建峰;姜慧敏;侯彦楠;;镉与苄嘧磺隆复合污染对水稻细胞、DNA的毒害作用[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
3 钱骁;刘瑞志;李捷;雷坤;富国;朱丽娜;;水体镉污染成因、应急处置及潜在风险评估[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2012年
4 孙雅文;高优美;刘国红;赫英英;魏颖;厉玉婷;于红霞;;低聚果糖促进矿物质吸收作用的研究[A];山东营养学会第四届会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2013年
5 吴微;胡佳;周宜开;;镉的毒性机理及其作用机制[A];2014中国环境科学学会学术年会论文集(第八、九章)[C];2014年
6 曾皋;贾丛伟;张斌;李锐;郭树彬;;脂钙蛋白2检测识别脓毒症小鼠急性肺损伤[A];《中华急诊医学杂志》第十三届组稿会暨第六届急诊医学青年论坛论文汇编[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谢惠芳;新疆奎屯饮水型地方性砷中毒的生物标志研究[D];新疆医科大学;2010年
2 荆涛;基于新型分子印迹复合材料的快速检测技术在环境医学中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
3 潘燕;镉诱导的细胞适应性反应及其分子机制[D];复旦大学;2011年
4 刘嫦娥;四种除草剂对蚯蚓生理生态的影响及其降解特征[D];云南大学;2012年
5 李德明;白菜(Brassica chinensis L.)镉积累及生理的研究[D];浙江大学;2003年
6 秦海宏;原代培养海马神经元锌内稳态研究[D];第二军医大学;2004年
7 韩凝;植物螯合肽及植物螯合肽合成酶在植物镉耐性和积累中的作用机制研究[D];浙江大学;2005年
8 杜海英;镉抗肿瘤作用及其相关机制的研究[D];吉林大学;2006年
9 陈亮;金属硫蛋白,金属硫蛋白抗体与镉致肾功能损伤[D];复旦大学;2006年
10 钱海雷;氟、镉对骨的效应[D];复旦大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖静;海洋双壳类动物金属硫蛋白的提取与分析技术研究[D];中国海洋大学;2010年
2 武小波;重金属镉污染对兔关节软骨代谢及相关因子表达影响的研究[D];山西医科大学;2011年
3 马向辉;慢性饮水型镉中毒对兔膝关节软骨滑膜及生长发育的影响[D];山西医科大学;2011年
4 任明;金属硫蛋白对百草枯致小鼠急性肺损伤的保护效应及机制研究[D];吉林大学;2011年
5 刘皓熙;TAT-MT融合蛋白在大肠杆菌中的高效表达、纯化及体外活性初步测定[D];暨南大学;2011年
6 俞璐;耐力运动对不同月龄ICR小鼠P53/SCO1/SCO2基因表达的影响[D];华东师范大学;2011年
7 姚海艳;铅锌矿区铅锌暴露对儿童骨骼形成及其机制研究[D];兰州大学;2011年
8 杨磊三;水合二氧化锰除镉(Ⅱ)效能及机理的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陆慧贤;水环境镉对缢蛏毒理学效应的研究[D];宁波大学;2011年
10 徐团;镉致河南华溪蟹精巢氧化损伤与细胞凋亡机制的研究[D];山西大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑徽,刘艺萍;Caspase与细胞凋亡[J];癌变.畸变.突变;2000年02期
2 程时,刘智,王之湄,買鸿宴,李兆萍,唐朝枢;金属硫蛋白对大鼠心肌缺血后再灌注损伤的影响——电镜形态计量学研究[J];北京医科大学学报;1989年02期
3 李兆萍,唐朝枢,苏静怡,程时;金属硫蛋白对离体大鼠心肌细胞和蛋白重组脂质体Na~+—Ca~(2+)交换的影响[J];北京医科大学学报;1989年02期
4 唐朝枢,李兆萍,苏静怡,程时;金属硫蛋白是机体内源性抗损伤物质[J];北京医科大学学报;1989年02期
5 唐朝枢,李兆萍,苏静怡,程时,章京;诱导金属硫蛋白合成对大鼠内毒素休克的影响[J];北京医科大学学报;1989年02期
6 李兆萍,唐朝枢,程时;金属硫蛋白抑制脂质体脂质过氧化[J];北京医科大学学报;1989年02期
7 葛淑君,凤志慧,仲崇霞,陶家平,程时;金属硫蛋白对活性氧诱导的平滑肌细胞增殖的抑制作用[J];北京医科大学学报;1999年06期
8 方敏,王晓东;细胞凋亡的线粒体通路[J];北京大学学报(医学版);2002年01期
9 马大龙;新细胞因子及细胞凋亡基因的发现与功能研究[J];北京大学学报(医学版);2002年05期
10 葛淑君,唐朝枢,庞永政,程时;金属硫蛋白对大鼠肝脏线粒体氧自由基损伤的保护作用[J];北京医科大学学报;1996年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 岳秀英,易军;镉中毒及防制[J];四川畜牧兽医;2000年07期
2 张树华,张继霞,张忠;肉鸭镉中毒的诊治[J];中国禽业导刊;2004年12期
3 陈炼红,邓孝廷,田东,黄志宏;鸡实验性镉中毒病的研究[J];四川畜牧兽医;2004年10期
4 田淑琴,龙虎,黄志宏,邓孝廷,田东,李明玉;实验性肉鸭镉中毒研究[J];西南民族学院学报(自然科学版);2001年02期
5 陈水龙;家禽镉中毒的诊治[J];养禽与禽病防治;2000年01期
6 史德浩,卞建春,任建新,王捍东,王宗元;亚硒酸钠对镉中毒预防和治疗的研究[J];江苏农学院学报;1995年01期
7 岳秀英,冯健,冯泽光;雏鸭实验性镉中毒的病理学研究[J];畜牧兽医学报;2001年02期
8 刘凤军;徐朋朋;杨自军;贺加双;马德刚;乐强;;小鼠实验性镉中毒的病理学变化[J];动物医学进展;2008年12期
9 岳秀英,冯健,易军;硒对鸭镉中毒保护效应的研究[J];四川畜牧兽医;2000年03期
10 邵明东;宋德花;王哲;李冬梅;艾洁;;镉中毒对鸡各器官镉含量及其健康的影响[J];家禽科学;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 ;湖南株洲千人离奇镉中毒[A];中国微量元素科学研究会第十三届学术研讨会论文集(一)[C];2006年
2 郭玉坤;王佐周;徐彦平;刘冬娟;石玉秀;;小鼠镉中毒超微结构的观察[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李彩桦;揭开镉中毒之谜[N];中国安全生产报;2007年
2 郑天虹 吴俊;镉中毒女工的无助是一种社会不公[N];中国社会报;2006年
3 北京朝阳医院职业病与中毒医学科主任医师 郝凤桐;镉中毒:一个沉重的话题[N];保健时报;2009年
4 周建邦 (江西·万载);“维稳”不能以“愚民”为手段[N];人民代表报;2012年
5 彭华新;读者举报:超霸电池厂最近上百人镉中毒[N];新华每日电讯;2004年
6 记者 江瑜;大米含镉偏多,但不会导致“镉中毒”[N];南京日报;2008年
7 记者 秦仲阳 通讯员 邓真;镉中毒事件已得到妥善处置[N];广州日报;2007年
8 孙贵方;镉中毒易感人群[N];医药养生保健报;2008年
9 ;公卫研究获成果:我国存在“镉中毒”易感人群[N];新华每日电讯;2008年
10 孙国根;人群中存在镉中毒易感人群[N];健康报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张鼎;镉中毒及锌对镉中毒的作用机理研究[D];华中农业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李砥;植物金属硫蛋白提取液对镉中毒小鼠的损伤修复作用[D];新疆医科大学;2009年
2 马晓媛;新疆部分植物金属硫蛋白提取液组合后对小鼠镉中毒拮抗性的研究[D];新疆医科大学;2008年
3 杜岩岩;新疆植物金属硫蛋白提取液配方预防镉中毒作用的研究[D];新疆医科大学;2010年
4 于立博;植物金属硫蛋白提取液对小鼠镉中毒拮抗作用的实验研究[D];新疆医科大学;2005年
5 康永刚;Vc对镉中毒小鼠抗氧化性及骨骼肌中Musclin基因及生脂基因表达的影响[D];西北农林科技大学;2010年
6 陈勇;新疆地产类金属硫蛋白提取液对小鼠镉中毒干预作用的研究[D];新疆医科大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026