丙烯酰胺亚急性染毒对幼年大鼠脑的毒性影响

摘要

丙烯酰胺(ACR)是一种在工业中广泛应用的化工原料，其聚合物广泛用于饮用水净化，污水处理、造纸、纺织及生物实验等方面。国际癌症机构以将丙烯酰胺列为2A组“人类可能致癌物”。动物实验证明，丙烯酰胺有神经毒性、生殖毒性、致癌性，但只有神经毒性是在人群中发现的。其神经毒性的主要表现是中枢-周围神经系统远端轴突病，临床特点为共济失调、骨骼肌无力，病理特征为远端轴突的肿胀、变性。其具体的作用机制尚不清楚。目前认为神经末梢是丙烯酰胺的最初作用位点，丙烯酰胺可能通过干扰神经末梢的神经递质转运和膜融合过程而导致神经末梢功能障碍和最终退变。作为中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，γ-氨基丁酸(GABA)是否参与丙烯酰胺的毒性机制发挥作用，目前尚未见相关报道。
　　 随着2002年丙烯酰胺在食品中的发现，人们开始广泛关注丙烯酰胺在食品中的安全问题。相继的研究中报道，在油炸及煎烤的淀粉类食品中丙烯酰胺的含量比世界卫生组织规定的安全含量要高出500倍，而且通过对这些食品的摄入情况的调查，估计儿童从食品中摄入的丙烯酰胺的量约为成人的2-3倍，其主要食品来源为薯片、饼干、奶酥等。因此，我们必须重视丙烯酰胺对儿童造成的危害性。
　　 为了探讨丙烯酰胺对儿童神经系统的危害性及其可能的损伤机制，我们选定幼年大鼠作为研究对象，通过测定大脑皮质及小脑内谷氨酸(Glu，GABA合成的前体物质)，GABA含量的变化，胶质纤维酸性蛋白(GFAP)，GABA及谷氨酸脱羧酶(GAD65，GABA合成的限速酶)的表达，全方面的探讨GABA在丙烯酰胺毒性中的可能作用及其机制。
　　 方法：
　　 1．丙烯酰胺亚急性中毒动物模型的建立：SPF级健康雄性幼年SD大鼠，3～4周龄，体重59～80g。动物单只单笼饲养，室温(23±2)℃，湿度(50±10)[％]，光照时间为12:12h，常规颗粒饲料喂养，自由饮水。丙烯酰胺染毒剂量分别为5、15、30mg/kg，通过灌胃给药，连续4周，每周5次，对照组给予等体积的生理盐水。
　　 2.一般生长指标检测：密切观察各组大鼠的一般状况，染毒前、后每周测量大鼠体重，食物摄取量，计算食物利用率。染毒结束时计算大脑皮质及小脑的脏器系数改变。
　　 3.神经行为观测：密切观察各组大鼠神经行为的改变，染毒前、后每周给出步态评分及测量后肢撑力指数。
　　 4.大脑皮质及小脑皮质内神经元的形态学检测：对大鼠大脑皮质和小脑石蜡切片进行常规HE染色，光镜下观察神经细胞的形态学变化。
　　 5.大脑皮质及小脑匀浆Glu及GABA含量的生化测定：分别通过紫外分光光度法和ELISA测定各组大鼠大脑皮质及小脑匀浆Glu和GABA含量。
　　 6.大脑皮质及小脑皮质中GFAP、GABA及GAD65的表达：通过免疫组织化学方法观测各组大鼠大脑皮质及小脑皮质神经元GFAP、GABA及GAD65的表达情况，并对免疫反应阳性产物进行图像分析检测。
　　 结果：
　　 1.ACR亚急性中毒动物模型的建立：染毒期间，15、30mg/kg组大鼠体重增长缓慢，步态得分增高，后肢展开距离增加，结束时，15、30mg/kg组大鼠分别呈轻度和中-重度神经受损症状。
　　 2.HE染色结果：
　　 1)大脑皮质：光镜下观察，与对照组相比，5mg/kg组大鼠大脑皮质内神经元细胞未见显著性变化；15mg/kg和30mg/kg组神经元细胞未见数量的减少，但均见到核染色质嗜碱性增强，着色较深，核仁消失的神经元明显增多，且30mg/kg组大脑皮质内变性的神经元进一步增多。
　　 2)小脑皮质：光镜下观察，与对照组相比，5mg/kg组大鼠小脑皮质内神经元细胞未见显著性变化；15mg/kg和30mg/kg组均出现形态不规则的浦肯野细胞，核染色质嗜碱性增强，且30mg/kg组浦肯野细胞与周围组织的间隙明显增宽，但细胞数量未见明显减少。
　　 3.大脑皮质和小脑匀浆内Glu和GABA含量变化：ACR亚急性中毒后，各组大鼠大脑皮质与小脑匀浆内Glu和GABA含量的变化无显著性差异。与对照组相比，5mg/kg组大脑皮质和小脑匀浆内Glu和GABA含量未见显著性变化(P>0.05)，15mg/kg和30mg/kg组大脑皮质和小脑匀浆内Glu的含量显著性降低(P<0.01)，GABA含量均显著性升高(P<0.01)；与15mg/kg相比，30mg/kg组大脑皮质和小脑匀浆内Glu的含量显著性降低(P<0.01)，GABA的含量显著性升高(P<0.01)，呈明显量-效关系。
　　 4.大脑皮质及小脑皮质中GFAP、GABA及GAD65的表达情况：ACR亚急性中毒后，各组大鼠大脑皮质与小脑皮质内GFAP、GABA及GAD65表达无显著性差异。图像分析结果显示，与对照组相比，5mg/kg组大脑皮质和小脑皮质内GFAP、GABA及GAD65的表达均未见显著性变化(P>0.05)，15mg/kg和30mg/kg组大脑皮质和小脑皮质内GFAP、GABA及GAD65表达均显著性升高(P<0.05)；与15mg/kg组相比，30mg/kg组大脑皮质和小脑皮质内GFAP、GABA及GAD65表达均显著性升高(P<0.05)，呈明显量-效关系。
　　 结论：
　　 1. 在本实验中，低剂量ACR(5mg/kg)亚急性染毒时，幼年大鼠未见明显的神经毒性，中、高剂量ACR可引起明显的神经毒性。
　　 2. ACR亚急性染毒能引起幼年大鼠神经系统功能损伤，大脑皮质内神经元和小脑皮质内浦肯野细胞发生变性损伤。
　　 3. ACR对大脑皮质和小脑皮质的神经毒性作用机制可能与它引起GFAP，Glu，GABA和GAD65的表达发生不同程度的改变有关。