贫铀对骨代谢和骨矿盐的损伤效应与机理研究

摘要

目的:贫铀(Depleted uranium，DU)作为一种放射性重金属，可通过DU放射性气溶胶吸入、饮水或食物链摄入和伤口嵌入损伤等进入人体，产生化学毒性和/或放射毒性。有关DU等金属弹片嵌入体内即残留弹片致体内重金属肾-骨蓄积的健康效应所知甚少。本研究拟采用DU片植入大鼠腓肠肌以建立DU长期内污染的动物模型，分析DU在不同组织器官尤其是肾和骨中的滞留规律，以及DU对肾-骨损害的生物学特点和病理机制，为DU等放射性重金属致肾-骨复合性损伤的医学救治提供实验依据。 方法：采用DU片植入大鼠腓肠肌建立DU嵌入损伤致DU长期内污染的动物模型，并进行了以下研究：(1)分别于植入后不同时点收集血、尿和组织器官标本，电感耦合等离子体质谱仪(Inductive coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS)分析铀在机体各组织器官中的分布和滞留规律。(2)DU植入后3个月测定腰椎和股骨的骨密度、骨生物力学性能：光镜和电镜观察大鼠骨组织结构病理改变并进行形态计量学分析：RT-PCR法检测骨组织COL-1、BGP等基因mRNA表达；放免、酶免和自动生化分析仪等测定骨代谢生化指标，以探讨DU长期内污染致骨代谢功能改变和骨矿盐结构损伤的生物学特点。(3)DU植入后不同时点观察大鼠肾组织病理改变和肾功能损伤的剂量效应和时间效应，并取肾匀浆为酶原组织与25(OH)D3温育，放免法检测酶反应产物，分析肾1α羟化酶活性。同时，放免法测定血中活性维生素D[1α，25(OH)2D3]水平，以探讨DU长期内污染致肾损伤并诱发骨损伤的可能机制。(4)体外培养大鼠成骨细胞(Osteoblast,OB)，观察不同剂量DU染毒对OB增殖率、ALP活性和矿化功能的影响，RT-PCR法检测成骨细胞ALP、BGP、OPG、RANKL等基因mRNA表达改变，以探讨DU对成骨细胞的直接毒性作用和分子机制。 结果：(1)随着植入DU剂量的不同，铀在组织器官中的分布浓度呈明显差异。肾脏和骨骼的铀含量明显高于其它组织，且随着DU植入时间的延长，组织中的铀含量持续升高，至植入后90天达到最高峰。此后，组织铀含量开始逐渐下降，但下降速度缓慢。植入后360天肾脏和骨骼中的铀含量仍维持在较高水平。(2)DU植入后3个月，植入DU大鼠的骨组织结构出现明显损伤，表现为骨小梁体积和骨小梁宽度减少、骨小梁间距增加、MAR值降低。腰椎BMD明显降低，腰椎压缩和股骨三点弯最大载荷明显下降，此外，DU植入可诱导大鼠的骨代谢功能发生明显改变，血Ca和血ALP水平明显降低、尿Pyd/Cr值明显增加；骨组织BGP和1-Collagen等相关基因mRNA表达量明显下调。(3)DU长期内污染可引起明显的肾损伤，表现为肾脏体积明显缩小，肾小管上皮细胞间隙增大，部分上皮细胞肿胀、坏死，有炎性细胞浸润，Bowman氏囊囊腔狭窄甚至消失。DU植入12个月可见肾组织纤维化。透射电镜下可见肾小球基底膜增厚，肾近曲小管细胞线粒体明显肿胀，体积增大，部分线粒体嵴变短、减少、排列紊乱。此外，植入DU大鼠的血BUN、血Cr、尿β2-MG和尿ALB均随DU植入剂量的增加和植入时间的延长呈进行性升高，肾脏1α羟化酶活性明显下降，并导致D—激素合成不足，血1α，25(OH)2D3含量明显下降。(4)DU染毒后不同时点，体外培养大鼠OB增殖率降低、ALP活性下降、矿化结节形成面积减少，ALP和BGP的mRNA表达下调，RANKL/OPG比值上升。 结论：(1)肾脏和骨骼是DU嵌入损伤后的主要蓄积器官，且滞留时间较长，应重视DU长期内污染对肾脏和骨骼的损伤效应研究。(2)DU长期内污染可引起骨量值明显降低、骨生物力学性能下降、骨组织结构出现明显损伤，并表现为骨形成能力下降和骨吸收功能亢进，即呈骨代谢失衡的病理特点。(3)DU长期内污染可诱发肾功能和肾组织病理的进行性损伤，肾1α羟化酶活性下降，D—激素合成不足，是DU嵌入肾损伤诱发骨代谢障碍的主要激素调节机制。(4)DU对OB骨形成能力有明显抑制作用，并可引起OB骨形成因子相关基因表达降低和RANKL/OPG增加，可能是DU致骨代谢和骨矿盐损伤效应发生的重要机制之一。

目录

声明

摘要

前言

第一部分、DU植入动物模型的建立和体内铀的动态变化

材料与方法

结果

讨论

小结

第二部分 DU致骨代谢和骨矿盐损伤效应研究

材料与方法

结果

讨论

小结

第三部分 DU致骨代谢和骨矿盐损伤的间接作用机制——肾-骨作用机制研究

材料与方法

结果

讨论

小结

第四部分 DU对体外培养成骨细胞的毒性作用研究

材料与方法

结果

讨论

小结

全文总结

参考文献

致谢

综述

附录