亚慢性染毒苯并[a]芘对大鼠海马CA1区长时程增强的影响

摘要

苯并[a]芘（benzo[a]pyrene， B[a]P）是重要的一类环境和职业污染物，主要来源于有机物的高温裂解过程，致癌性强，较稳定，在环境中广泛存在，是多环芳烃的典型代表。 近年来研究发现，B[a]P不仅具有致癌性，还具有神经毒性。B[a]P 可损伤神经细胞，导致大鼠短期记忆能力和空间记忆能力下降，其作用强度与血浆和脑内 B[a]P代谢物浓度显著相关。海马是学习和记忆的关键脑区，海马长时程增强(long-term potentiation LTP)是指在海马的某一通路上给予短暂高频刺激后，突触传递效应增强，可以表现为群峰电位幅值的增大，反应潜伏期的缩短，并持续长达几小时。 LTP是公认的脑学习记忆功能在突触水平的研究模型和细胞基础，其诱导和维持有赖于复杂的突触前、后机制。目前， B[a]P 神经毒作用的突触机制尚不清楚，研究其对 LTP及其突触机制的影响，有助于从突触和蛋白分子水平探讨 B[a]P 损害脑学习和记忆功能的作用机制。 目的：观察亚慢性染毒 B[a]P对大鼠在体海马 CA1区 LTP的影响，进一步探讨 B[a]P对学习记忆功能的损伤作用；观察亚慢性染毒 B[a]P对大鼠海马 CaMKⅡ、PKC、PKA蛋白表达及磷酸化水平和 mRNA表达水平的影响，初步探讨 B[a]P对海马 CA1区 LTP 影响的可能机制。 方法：选取断乳健康雄性 SD大鼠 60只，根据试验前行为测试结果将动物随机分为空白对照组、溶剂(植物油)对照组、B[a]P 高浓度组、中浓度组和低浓度组(6.25、2.5和 l.0mg/kg KW)。隔日腹腔注射染毒 90天。电生理手段记录大鼠在体海马 CA1区场电位变化，测定TP。Western-blot 法测定大鼠海马组织 CaMKⅡ、PKC、PKA蛋白表达及磷酸化水平，荧光定量 PCR 法测定海马组织 CaMKⅡ、PKC、PKA的mRNA表达水平。 结果：不同剂量的B[a]P对 HFS 所导致的LTP的压抑有显著的剂量依赖关系，即随着B[a]P 染毒剂量的增加，HFS后 fEPSPs 幅值平均增强率逐渐降低，与橄榄油溶剂对照组相比，1.0、 2.5和 6.25 mg/kg B[a]P组的fEPSPs平均幅值分别下降了 7.5％(P<0.05), 16.8％(P<0.01)和 28.2％(P<0.01)。 随着 B[a]P 染毒剂量的增加，CaMKⅡ、PKC、PKA蛋白表达水平均降低，与橄榄油溶剂对照组相比，1.0mg/kg B[a]P组分别下降了 15.2％（P<0.05）、 1.5％(P＞0.05)和 5.0％ (P＞0.05)；2.5 mg/kg B[a]P组分别下降了 23.2％（P<0.05）、 29.3％(P<0.05)和 15.4％ (P<0.05)；6.25 mg/kg B[a]P组分别下降了 49.5％（P<0.05）、 56.9％(P<0.05)和 31.7％ (P<0.05)。
　　 CaMKⅡ、PKC、PKA 磷酸化水平与橄榄油溶剂对照组相比，1.0mg/kg B[a]P组分别下降了 2.6％（P＞0.05）、 23.4％(P＞0.05)和 4.1％ (P＞0.05)；2.5 mg/kg B[a]P组分别下降了5.0％（P<0.05）、 29.9％（P<0.05)和 30.1％ (P<0.05)；6.25 mg/kg B[a]P组分别下降了 43.4％（P<0.01）， 51.4％（P<0.01) and 45.2％ (P<0.01)。 Q-PCR 结果显示， CaMK、PKC、PKA的mRNA 相对表达量也呈现逐渐下降的趋势，与橄榄油溶剂对照组相比，1.0mg/kg B[a]P组分别下降了 0.0％（P＞0.05）、 12.5％(P<0.05)和 3.3％ (P＞0.05)；2.5 mg/kg B[a]P组分别下降了 5.6％（P<0.05）、 15.0％（P<0.05)和 6.7％ (P<0.05)；6.25 mg/kg B[a]P组的分别下降了 19.2％（P<0.01）， 30.0％（P<0.01) and 15.8％ (P<0.01)。 高频刺激后 fEPSPs的平均幅值与 CaMKⅡ、PKC、PKA蛋白表达呈正相关（r=0.800、0.563、0.704，P＜0.001）；与 CaMKⅡ、PKC、PKA 磷酸化水平呈正相关（r=0.736、0.713、0.819，P＜0.001）；与 CaMKⅡ、PKC、PKA mRNA表达呈正相关（r=0.669、0.853、0.501，P＜0.001）。 结论：亚慢性染毒 B[a]P 可损害大鼠海马 LTP的诱导与维持，且存在明显的剂量效应关系，可能是 B[a]P 损伤学习记忆功能的生理基础。亚慢性染毒 B[a]P 可抑制大鼠海马CaMKⅡ、PKC、PKA蛋白和 mRNA表达及其蛋白磷酸化，可能是 B[a]P 抑制大鼠海马CA1区 LTP的分子机制。

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综述 环境污染与学习记忆

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