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邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯[di-(2-ethylhexyl) phthalate,DEHP]是典型的一类邻苯二甲酸酯,是应用广泛的一种塑化剂,它极易从塑料产品上释放出来污染生态环境,从而使人类和野生动物暴露其中。大量实验表明,DEHP是一类环境内分泌干扰物,使机体产生生殖发育毒性、遗传毒性和多种器官癌变等损伤,但是目前人们对其神经发育毒性的认识还很少。性激素对神经元树突发育和突触发生起重要作用,并因此影响脑的发育和功能。由于DEHP具有抗雄激素和拟雌激素的活性,进入机体后可能会干扰性激素的正常生理活性,影响个体的神经系统发育。本实验室前期的研究表明,围生期暴露DEHP会使小鼠产生学习记忆损伤和焦虑抑郁样的行为,表明DEHP影响动物的神经行为发育。鉴于神经元的形态结构是其活动的基础,我们推测DEHP可能会影响神经元的发育。 在神经元发育的初期,树突干上生长许多树突生长锥和树突丝,之后,树突丝逐渐被粗而短,形态相对稳定的树突棘所取代,而90%以上的兴奋性突触发生于树突棘。成熟稳定的树突棘是神经元间产生突触联系的重要结构基础。突触密度大表示神经系统的突触网络连接非常复杂,且可塑性潜力较大。因此,神经元的树突棘发育、突触的建立和神经回路的形成就构成了脑发育的关键环节。雌激素可与雌激素受体结合,通过激活一系列信号通路或调节基因的表达,参与调节树突发育和突触可塑性。突触部位关键蛋白的水平变化直接影响突触间的传递效能。突触素Ⅰ(SynapsinⅠ)是位于突触前膜的一种标志性蛋白,细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)途径被激活后,可以使SynapsinⅠ发生磷酸化,参与调控突触前神经递质的释放。PSD95是神经元突触后致密区的脚手架蛋白,联系和锚定N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)、α-氨基-3羟基-5甲基-4异恶唑受体(AMPAR)和下游信号分子于突触后膜上,这种结构上的紧密联系在突触可塑性中发挥着重要作用。DEHP是否会通过与雌激素类似的途径影响树突和突触的发育,我们不得而知。 本实验研究DEHP长时暴露对离体培养的海马神经元树突和突触发育的影响,利用雌激素受体阻断剂ICI182,780和Western blot技术初步探讨DEHP长时暴露的分子机制。 方法:取新生24 h的健康SD大鼠乳鼠的海马,体外培养第5天(DIV5)进行DEHP暴露5天。首先,设置对照组(DMSO)、DEHP组(1、10、100nM,1和10μM),探究DEHP的剂量效应。于DIV10对细胞进行免疫荧光染色,观察神经元树突和突触的形态。其次,选取效应极显著的剂量(1nM或1μM)进一步研究,设置对照组、DEHP组、雌二醇(E2)组、DEHP+E2组,探讨DEHP与E2之间的关系;然后,应用雌激素受体阻断剂ICI182,780探究DEHP是否通过雌激素受体影响神经元的形态发育。 采用罗丹明标记的鬼笔环肽特异性标记神经元纤维型肌动蛋白(F-actin),在激光共聚焦显微镜下检测树突丝和树突棘的密度;采用免疫双荧光染色分别标记突触前蛋白SynapsinⅠ和细胞骨架F-actin,由SynapsinⅠ(绿色荧光)和F-actin(红色荧光)共定位突触(黄色荧光),统计树突上突触的密度。 为了进一步探讨DEHP影响神经元形态发育的分子机制,采用western blot方法检测神经元SynapsinⅠ、PSD95和NMDAR亚基NR2B的蛋白水平,分析突触蛋白和兴奋性氨基酸受体亚基的变化;检测ERK和p-ERK的蛋白表达变化,以探究NMDAR和ERK信号途径是否参与DEHP长时暴露对神经元发育的影响。 结果:1.DEHP(1 nM~10μM)暴露5天,显著降低海马神经元的树突丝和树突棘密度(P<0.05,P<0.01),效应曲线呈“U”型,提示DEHP抑制神经元树突的发育;与E2组相比,(1nM或1μM)DEHP+E2组显著抑制树突丝和树突棘密度(P<0.01),提示DEHP与雌激素共同作用表现出拮抗的效应;DEHP+ICI组和DEHP组相比较,树突丝和树突棘的密度显著上调(P<0.01),但是DEHP+ICI组与ICI组存在显著差异(P<0.01),暗示雌激素受体阻断剂部分消除DEHP的抑制作用,推测雌激素受体参与DEHP对神经元树突发育的抑制效应。 2.(1 nM~10μM)DEHP暴露5天显著降低海马神经元突触密度(P<0.01),10 nM DEHP对突触密度的影响无显著差异,效应曲线呈“U”型,提示DEHP抑制神经元突触的发育;(1nM或1μM)DEHP显著抑制E2对树突丝和树突棘密度的促进作用(P<0.01),提示DEHP与雌激素共同作用时表现出拮抗效应;DEHP+ICI组和DEHP组相比,突触的密度显著上调(P<0.01),而DEHP+ICI组与ICI组仍差异显著(P<0.01),提示雌激素受体阻断剂可以部分解除DEHP的抑制效应,推测雌激素受体可能参与其对突触发育的不利作用。 3.Western blot分析结果发现,DEHP(1nM和1μM)长时暴露5天显著下调NMDAR亚基NR2B(P<0.05或P<0.01)及突触蛋白SynapsinⅠ(P<0.01或P<0.01)和PSD95(P<0.01或P<0.01)的表达水平,显著降低p-ERK的活性(P<0.01或P<0.01)。 结论:DEHP长时暴露显著下调体外培养的大鼠海马神经元树突丝、树突棘和突触密度;同时降低突触蛋白SynapsinⅠ和PSD95的表达水平,使NMDAR亚基NR2B表达下调,p-ERK的活性降低,提示DEHP长时暴露抑制海马神经元的树突和突触发育;这种抑制效应可能通过雌激素受体介导的ERK途径调节突触部位的蛋白表达,影响神经元树突和突触的形态发育。另外,DEHP与雌激素共同作用时表现出拮抗效应。DEHP暴露抑制海马神经元树突发育和突触发生,可能是DEHP引起儿童出现多种神经行为缺陷的原因之一。