研究背景:砷是一种自然界中普遍存在并可以在人体内代谢的极少数金属之一,人类主要通过饮用砷污染的水接触这种有毒和致癌元素,从而导致从皮肤病到各种癌症等多种健康问题,因此,砷的健康危害是严重的公共卫生问题。砷经口、皮肤、血液等途径被人体摄入后,通过胃肠道吸收并积累在各种器官中,可引起多器官毒性效应,其中肝脏是砷中毒的最主要靶器官之一,而肝脏也是人体重要的解毒器官和砷代谢的主要部位,砷诱导的肝损伤可发展为肝纤维化、肝硬化,甚至肝癌,对人类健康造成严重影响。目前,氧化应激被认为是砷中毒的重要机制之一,因此,通过抗氧化剂拮抗砷的毒性将成为防治砷中毒的有效策略。N-乙酰半胱氨酸（NAC）是典型的活性氧（ROS）清除剂,具有保护肝脏的作用,但NAC拮抗砷诱导肝毒性的作用分子机制尚不清楚。近年来研究表明,肽基脯氨酸顺反异构酶NIMA相互作用基因1（Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1,PIN1）主要在癌症和神经退行性疾病中发挥作用,具有参与氧化应激和凋亡的调节功能。然而,PIN1在砷诱导肝毒性的氧化应激中的作用尚不清楚,还需要进一步的科学研究,考虑到PIN1在调节细胞内ROS产生的关键作用,PIN1是否介导NAC拮抗砷诱导肝毒性的药理作用仍需要研究阐明。基于以上分析,本研究从细胞和动物两个层面,进一步研究明确急性砷暴露引起的肝毒性效应,揭示氧化应激在砷诱导肝毒性中的重要作用,以及NAC拮抗砷毒性的保护效应,深入探讨PIN1对砷毒性以及在NAC缓解砷毒性的过程中的关键调节作用。研究内容:（1）体外研究亚砷酸钠（NaAsO2）诱导的肝细胞毒性效应机制和NAC保护效应。我们构建NAC缓解砷诱导L02细胞毒性的体外急性模型,通过测定细胞活力、活性氧水平、线粒体功能、氧化应激指标以及凋亡水平,来评估砷对肝细胞的毒性效应机制以及NAC的保护效应。（2）体内研究砷诱导的肝组织毒性效应机制和NAC保护效应。我们构建NAC缓解砷诱导肝损伤的C57BL/6J体内急性小鼠模型,通过测定肝功能指标、肝形态学指标以及氧化应激指标,来评估砷对肝组织的毒性效应机制以及NAC的保护效应。（3）体内、外研究PIN1在NAC缓解砷诱导肝毒性中的功能和作用机制。首先在体内、外模型上明确PIN1的表达水平;然后在体外模型上通过测定Pin1过表达质粒/Pin1 siRNA转染后的细胞活力、活性氧水平、线粒体功能以及凋亡水平,在体内模型上通过测定AAV-Pin1感染后肝功能指标、肝形态学指标和肝脏氧化应激,验证PIN1对砷诱导的肝毒性以及NAC在拮抗砷毒性中的作用。研究结果:（1）体外实验结果表明,砷暴露对L02肝细胞具有剂量和时间依赖性的细胞毒性,砷暴露导致线粒体功能障碍,表现为ATP含量和线粒体膜电位下降,此外,细胞内氧化应激被激活,表现为细胞内ROS水平显著升高,脂质过氧化程度也明显升高,GSH含量显著减少,SOD和CAT酶活性显著降低,最终诱导L02细胞发生凋亡,证明了氧化应激是砷诱导肝细胞毒性的机制。而抗氧化剂NAC的应用通过缓解砷诱导的ROS水平升高,线粒体功能障碍,氧化应激和凋亡从而减轻了砷诱导的细胞毒性。（2）体内实验结果表明,砷暴露小鼠可导致小鼠肝损伤,表现为血清ALT和AST酶活性水平升高,肝组织以肝细胞坏死和炎症为特征的病理改变,砷暴露导致肝脏发生氧化应激,即肝脏的脂质过氧化程度升高,GSH含量减少,SOD和CAT酶活性水平降低,表明肝脏的抗氧化防御系统遭到破坏,证明了氧化应激是砷诱导肝损伤的机制。然而,应用NAC预处理小鼠对砷诱导的肝毒性有保护作用,通过缓解肝脏氧化应激逆转了砷诱导的肝损伤。（3）在体内、外模型上对PIN1的功能研究发现,砷暴露诱导PIN1表达水平的下调,而抗氧化剂NAC可以显著上调砷诱导的PIN1表达下调。在L02细胞上通过过表达Pin1可以缓解砷诱导的细胞毒性、ROS水平的升高、线粒体功能紊乱和凋亡;而在L02细胞上敲低Pin1的表达会加重砷诱导的细胞毒性、氧化应激、线粒体功能障碍和凋亡,同时也抑制了NAC拮抗砷毒性的保护作用。在砷诱导肝损伤的小鼠模型上,Pin1过表达可以缓解砷诱导的肝功能异常、肝形态学损伤和肝脏氧化应激。证明了PIN1可以通过调节砷诱导的ROS水平、线粒体功能和氧化应激来缓解砷诱导的肝毒性,以及PIN1在NAC缓解砷毒性中发挥重要调节作用。研究结论:我们体内、外的研究明确地揭示了砷通过诱导ROS产生和氧化应激而引起肝毒性,NAC可有效拮抗砷毒性并提高PIN1表达。在机制上,我们首次发现PIN1在NAC治疗的保护作用中发挥关键作用。我们的研究结果为砷诱导肝毒性的作用机制提供了新的见解,揭示了PIN1是NAC拮抗砷毒性的一个新的治疗靶点。