硒、锌、铜对砷致机体氧化应激的影响及强化SOD刺梨汁干预作用研究

摘要

贵州省燃煤污染型地方性砷中毒（以下简称燃煤型地砷病）是一种典型的生物地球化学性疾病，其主要病因明确，但其他协同因素的影响也不容忽视。课题组既往研究亦表明，该病病因复杂，是多因素共同作用的结果。近年来有研究报道，孟加拉国和印度孟加拉省广泛流行的地方性砷中毒与该地区土壤中硒含量低下和当地居民硒摄入不足密切相关，而适当补充硒、锌等元素可一定程度抑制砷的毒效应。课题组既往研究发现患者头发中某些元素含量异常，与病情发生发展可能有一定关系。正常状态下各元素在人体内的分布及浓度较为恒定，若平衡状态失调，无论缺乏或过量均可引起机体生理功能及生化代谢的异常，对疾病发生发展产生重要影响。为进一步了解病区环境中元素分布对患者体内元素水平的影响，以及异常元素与砷中毒的关系，在课题组既往研究基础上，根据联合国粮农组织（FAO）/国际原子能机构（IAEA）/世界卫生组织（WHO）专家委员会（1990）的相关规定，本研究采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定了18种微量元素（包括必需微量元素硒、锌、铜、铁、钴、铬、钼，可能必需微量元素锰、镍、硅、钒、硼，具有潜在毒性的微量元素砷、铝、铅、镉、汞、锂），从多元素角度探讨燃煤型地砷病发生的可能机制，为深入了解砷所致健康损害的原因及优化防治策略提供新的思路和方向。
　　研究结果表明，病区环境砷污染及暴露人群体内砷负荷增高同时均存在多种元素异常，与病情程度及砷暴露量有不同程度关联，加强病区多元素水平的监测和管理对优化防治策略有重要意义。外环境低硒或高铜导致的机体硒摄入不足或铜超载、铜/锌比值升高是引起燃煤污染型砷中毒发生的原因之一。
　　硒是硫氧还蛋白还原酶（TrxR）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化酶的重要组成成分之一，锌和铜则参与构成铜锌超氧化物歧化酶（Cu-Zn SOD）活性中心。针对本研究初步筛选出的、与砷中毒关系较为密切的硒、锌、铜，以及这3种微量元素与氧化应激的联系，接下来的研究利用该省燃煤型地砷病的人群资源，同时结合动物实验，从人群和动物两个实验体系，以及生化酶学、mRNA转录、蛋白表达三个水平，探讨硒、锌、铜在砷所致机体氧化应激中作用及其机制。研究中采用酶联免疫吸附法测定8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）含量，高效液相色谱法测定蛋白质羰基（CGOP）含量，生化酶学方法测定丙二醛（MDA）和还原型巯基（-SH）含量以及TrxR、GPx、Cu-Zn SOD活力，实时荧光定量PCR法（Q-PCR）测定TrxR1、GPx1、SOD1 mRNA水平，免疫组化法测定TrxR、GPx、Cu-Zn SOD蛋白表达。
　　人群研究结果表明，低硒、高铜、高铜/锌比值介导的TrxR、GPx、Cu-Zn SOD活力下降，是燃煤砷暴露时氧化应激发生的原因之一。动物实验进一步证实，与硒营养水平相关的TrxR及GPx活力下降在砷中毒大鼠氧化应激中有一定作用；TrxR1 mRNA稳定性及蛋白表达调控对硒的营养状态较敏感，硒在蛋白质功能水平上对 GPx酶活性的调节更重要。与高铜/锌比值相关的蛋白质功能水平上的改变是Cu-Zn SOD活力下降的原因之一。
　　砷中毒的治疗也是制约砷中毒防控的瓶颈问题之一。众多学者在此方面作了诸多探索，但迄今为止仍无理想的特效药物。强化 SOD刺梨汁（CJSOD）是在贵州特产野果刺梨的基础上开发而成，具有较明显的地方资源优势。课题组前期采用 CJSOD对砷中毒患者进行驱砷降毒的治疗并初见成效，但并未对其干预机制进行深入探讨。研究表明，刺梨制品富含多种人体必需微量元素（如硒、锌等）及维生素等，具有较强的清除自由基、抗氧化损伤等药理活性，针对砷中毒过程中硒、锌、铜的异常改变及其对砷致机体氧化应激的影响，本研究采用 CJSOD、硒酵母（SeY）和葡萄糖酸锌（ZnG）等制剂，以临床常用的二巯基丙磺酸钠（DMPS）为阳性对照药物，利用建立的砷中毒大鼠肝损伤模型进行干预研究，进一步验证硒、锌、铜在砷致机体氧化应激中作用的同时，探讨 CJSOD的干预作用及其可能机制，为寻找有效并适合于该省病区实际且易于推广应用的医学干预措施提供依据。
　　研究结果表明，SeY和ZnG均可一定程度改善砷中毒大鼠肝损害，该作用与SeY增强TrxR和GPx活力及ZnG增强Cu-Zn SOD活力、抗氧化损伤有关。此结果反证了硒、锌、铜可通过调控TrxR、GPx及Cu-Zn SOD活力对砷致机体氧化应激产生影响。CJSOD可有效促进砷排出体外，抑制砷中毒大鼠氧化损伤程度，改善肝损害，其解毒效果可能是包括硒、锌等元素在内的多种活性成分共同作用的结果，为砷中毒的治疗提供了具有应用价值的基础数据。

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文中主要缩略语表

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引言

第一部分 18种微量元素与燃煤污染型砷中毒关系的初步探讨

第一节 病区环境中18种微量元素分布

第二节 砷暴露人群体内18种微量元素水平

第三节 异常元素与燃煤污染型砷中毒关系的初步探讨

讨论

小结

第二部分 硒、锌、铜在燃煤砷暴露致人体氧化应激中作用及其可能机制

第一节 硒、锌、铜对砷暴露人群体内MDA、8-OHdG、CGOP及-SH的影响

第二节 硒、锌、铜对砷暴露人群体内TrxR、GPx及Cu-Zn SOD活力的影响

第三节 硒、锌、铜对砷暴露人群体内TrxR1、GPx1及SOD1 mRNA水平的影响

讨论

小结

第三部分 硒、锌、铜在砷中毒大鼠氧化应激中作用及其可能机制

第一节 砷中毒大鼠模型的建立

第二节 砷中毒大鼠体内硒、锌、铜的变化

第三节 硒、锌、铜对砷中毒大鼠体内MDA、8-OHdG、CGOP及-SH的影响

第四节 硒、锌、铜对砷中毒大鼠体内TrxR、GPx及Cu-Zn SOD活力的影响

第五节 硒、锌、铜对砷中毒大鼠体内TrxR1、GPx1及SOD1 mRNA水平的影响

第六节 硒、锌、铜对砷中毒大鼠体内TrxR、GPx及Cu-Zn SOD蛋白表达的影响

讨论

小结

第四部分 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠氧化应激的干预作用及其可能机制

第一节 砷中毒大鼠干预模型的建立

第二节 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠体内硒、锌、铜的影响

第三节 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠体内

第四节 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠体内

第五节 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠体内TrxR1、GPx1及SOD1 mRNA水平的影响

第六节 强化SOD刺梨汁对砷中毒大鼠体内TrxR、GPx及Cu-Zn SOD蛋白表达的影响

讨论

小结

全文讨论

全文结论

本研究创新点

参考文献

综述一:砷及砷化合物分析方法研究进展

综述二: 微量元素与氧化应激

博士期间发表相关学术论文情况

博士期间参编专著情况

博士期间主持及参与相关科研项目情况

博士期间参加培训及学术会议情况

致谢