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镉(Cd)是环境中常见的重金属污染物,镉对机体的伤害呈多系统性,其中脑是镉损伤的靶器官之一,镉可以诱导神经细胞发生凋亡。细胞凋亡的途径主要包括死亡受体通路、线粒体通路和内质网应激,本课题组前期研究发现镉可经线粒体通路和死亡受体通路诱导大鼠大脑皮质神经元发生凋亡,但内质网应激在镉致大鼠大脑皮质神经元凋亡中的作用及α-硫辛酸的保护机制尚未阐明。本研究以SD大鼠作为试验动物,通过体外和体内试验相结合的方式探讨内质网应激在镉致大鼠大脑皮质神经元凋亡中的作用及α-硫辛酸的保护效应。一、体外试验以妊娠18～19日SD大鼠的胎鼠大脑皮质神经元作为细胞模型。①用不同浓度(0、5、10、20μmol/L)镉处理大鼠大脑皮质神经元不同时间(0、6、12、24h),免疫印迹法检测内质网应激相关蛋白 BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP 与 Cleavedcaspase-12、Cleavedcaspase-3的表达情况。结果显示,与对照组相比,镉组细胞中BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP和Cleaved caspase-12、Cleavedcaspase-3表达量显著或极显著升高(p<0.05或p<0.01),且镉与内质网应激相关蛋白表达量呈剂量—和时间—效应关系,表明镉可以使大鼠大脑皮质神经元产生内质网应激。②用5μmol/LSalubrinal(eIF2α磷酸化抑制剂)或20μmol/LZ-ATAD-FMK(Caspase-12特异性抑制剂)与10μmol/L镉单独或联合处理大鼠大脑皮质神经元12 h,免疫印迹法检测 p-eIF2α、CHOP、Cleaved caspase-12、Cleaved caspase-3 与 Bax、Bcl-2 的表达情况;DAPI染色观察大鼠大脑皮质神经元细胞核形态学变化。结果显示,Salubrinal能抑制 p-eIF2α、CHOP 的表达和 Bax/Bcl-2 的比值(p<0.01),Z-ATAD-FMK 能抑制 Cleaved caspase-12 和 Cleaved caspase-3 的表达(p<0.01),Salubrinal 与 Z-ATAD-FMK 可以抑制镉引起的细胞核固缩、碎裂等细胞核凋亡形态的变化,表明内质网应激在镉致大鼠大脑皮质神经元凋亡中发挥重要作用。③用100μmol/Lα-硫辛酸与10μmol/L镉单独或联合处理大鼠大脑皮质神经元12h,免疫印迹法检测BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP与Cleavedcaspase-12、Cleaved caspase-3和Bax、Bcl-2的表达情况;DAPI染色观察大鼠大脑皮质神经元细胞核形态学变化。结果显示,α-硫辛酸能极显著抑制镉引起的BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP与 Cleaved caspase-12、Cleaved caspase-3 表达量和 Bax/Bcl-2 比值的升高(p<0.01),抑制镉引起的细胞核固缩、碎裂等细胞凋亡形态的变化,表明α-硫辛酸对镉诱导大鼠大脑皮质神经元内质网应激及细胞凋亡具有一定的保护效应。二、体内试验21日龄雌性SD大鼠24只随机分为4组,每组6只,分别为对照组、α-硫辛酸组(50 mg/kg.bw)、镉组(50mgCd/L)、α-硫辛酸与镉共处理组(50mg/kg.bw+50mgCd/L)。对照组自由饮用超纯水,镉组自由饮用镉水,α-硫辛酸组每天按体重进行α-硫辛酸灌胃,α-硫辛酸与镉共处理组采用自由饮用镉水与α-硫辛酸灌胃的方式同时进行,连续处理12周后取大鼠大脑皮质。①原子吸收分光光度计测定大脑皮质中镉含量。结果显示,与对照组相比,镉组大脑皮质中镉含量呈差异极显著升高(p<0.01);与镉组相比,α-硫辛酸与镉共处理组大脑皮质中镉含量呈差异显著性降低(p<0.05)。表明镉可以在大鼠大脑皮质中蓄积,α-硫辛酸可以降低镉的蓄积。②透射电镜观察大脑皮质超微结构变化。结果显示,与对照组相比,镉组大脑皮质细胞核皱缩,染色质分布不均匀,线粒体嵴减少或消失;与镉组相比,α-硫辛酸与镉共处理组大脑皮质细胞核与线粒体的损伤相对较少。表明镉会导致大鼠大脑皮质损伤,α-硫辛酸可以缓解镉对大鼠大脑皮质的损伤。③免疫印迹法检测BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP、Cleaved caspase-12、Cleaved caspase-3 和 Bax、Bcl-2 的表达情况。结果显示,与对照组相比,镉组 BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP 与 Cleavedcaspase-12、Cleaved caspase-3表达量与Bax/Bcl-2比值极显著升高(p<0.01);与镉组相比,α-硫辛酸与镉共处理组 BiP、p-eIF2α、ATF4、CHOP 与 Cleaved caspase-12、Cleaved caspase-3 表达量与 Bax/Bcl-2比值极显著降低(p<0.01)。表明镉损伤大鼠大脑皮质并产生内质网应激,α-硫辛酸对镉产生的内质网应激和大鼠大脑皮质的损伤具有一定的保护效应。