镉致大鼠肝线粒体氧化损伤及NAC干预作用的实验研究

摘要

前言： 镉(Cadmium，Cd)是机体生长发育的非必需元素，也是一种重要的环境污染物。镉在人体内的半衰期很长，大概10-35年，被美国毒物管理委员会(ATSDR)列为第6位危及人体健康的有毒物质，很少量进入人体即可对肾、肺、肝、睾丸、骨骼及血液等多系统造成损伤，甚至致畸、致突变，国际癌证研究机构确定其为人类和实验动物的肺癌和前列腺癌的确认致癌物。研究表明镉的毒性机制与线粒体的结构和功能异常有关。镉致细胞毒性的早期靶部位可能是线粒体，镉可以引起线粒体膜电位呈剂量依赖性下降，其变化可以出现在细胞损伤之前。镉能引起能量代谢障碍，使ATP含量下降；通过对线粒体结构和功能损伤，引起细胞凋亡。关于镉对线粒体损伤的影响报道较少，且线粒体功能的改变在镉中毒的作用仍不清楚。N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine，NAC)是一种含巯基的化合物，极易进入细胞内，作为自由基的清除剂与自由基相互作用，还可以作为GSH合成前体，增加细胞内GSH的含量，补充细胞内防御缓冲体系中“还原型巯基库”，在维持细胞内氧化还原平衡以及保护细胞不受氧化损伤中有重要的作用。本实验通过线粒体孵育液染镉和整体动物大鼠染镉两种方式研究镉对肝线粒体内还原型谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、细胞色素C(Cyt C)含量产生和锰-超氧化物歧化酶(Mn-SOD)活力、线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性的影响，探讨肝线粒体功能的损害在镉早期的毒性作用中的意义，并用NAC干预镉的上述影响，为镉中毒早期诊断，早期治疗提供科学依据。 材料与方法： 体外线粒体孵育液染镉实验：由中国医科大学实验动物中心提供Wistar大鼠12只，体重(180±10)g，实验前适应性饲养7d。将大鼠禁食12h，腹主动脉放血处死取肝。梯度离心得线粒体液。将所得线粒体液分设为6组，第1组为对照组；第2-5组为不同剂量染镉组，分别加入10、100、1000、10000μmol/L CdCl2；第6组为NAC预处理组，线粒体液先用500μmol/L的NAC预处理30min后，加500μmol/L的CdCl2。各组于培养箱内30℃孵育1h后，测定GSH、Cyt C和MDA含量、Mn-SOD活力、线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性，每个指标设6个样本。动物实验：Wistar大鼠24只，体重(180±10)g，雌雄各半，按体重随机分成3组，第1组为对照组，第2组为CdCl2组，第3组为NAC预处理组。第1-2组腹腔注射0.9％NaCl，第3组腹腔注射1mmol/kg NAC，2h后，第1组皮下注射0.9％NaCl，第2-3组皮下注射10μmol/kg CdCl2，注射剂量均为5ml/kg，连续注射7d。最后一次注射24h后，大鼠用乙醚麻醉腹主动脉放血处死取肝，梯度离心得线粒体测量测定GSH、MDA和Cyt C含量、Mn-SOD活力、线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性(以上过程均在4℃下进行操作)。 结果： 体外线粒体孵育液染镉实验：与对照组相比，100、1000、10000μmol/L染镉组MDA含量显著升高，GSH含量显著降低，1000、10000μmol/L染镉组Cyt C含量显著升高(P<0.05)；100、1000、10000μmol/L染镉组Mn-SOD活力显著降低，线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性显著降低(P<0.05)。且在一定范围内随着CdCl2剂量增加，MDA含量有升高趋势，GSH含量有降低趋势，Cyt C含量有升高趋势，Mn-SOD活力和线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性有降低趋势。与单纯染镉组比，NAC预处理组GSH含量、Mn-SOD活力和线粒体复合体(I+III)活性显著升高(P<0.05)；MDA和Cyt C含量显著降低(P<0.05)。动物实验：与对照组相比，单纯染镉组GSH含量、Cyt C含量、Mn-SOD活力和线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性显著降低(P<0.05)；MDA含量显著升高(P<0.05)。与单纯染镉组相比，NAC预处理组MDA含量显著降低，GSH含量和线粒体Cyt C含量显著升高(P<0.05)；Mn-SOD活力和线粒体复合体(Ⅰ+Ⅲ)活力显著升高(P<0.05)。 结论： 1、线粒体孵育液染镉和给予大鼠低剂量染镉可引起大鼠肝线粒体MDA含量升高，GSH含量降低，Cyt C含量降低，Mn-SOD活力和复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性降低，且在线粒体孵育液实验部分镉可以剂量依赖性地诱导大鼠肝MDA含量升高、GSH和Cyt C含量降低，Mn-SOD活力和复合体(Ⅰ+Ⅲ)活性降低，说明镉可以导致线粒体氧化损伤。 2、NAC预处理能有效预防线粒体孵育液染镉和给予大鼠低剂量染镉所致肝细胞线粒体氧化损伤。

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综述：镉对线粒体损伤机制的研究进展

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