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镉(Cadmium,Cd)是一种具有高毒性的重金属,镉中毒可诱导多种疾病的发生。落新妇苷是一种有保护作用的黄酮类化合物,具有多种药理活性。近年来,落新妇苷对健康的影响研究数量逐年上升,但其与重金属之间的拮抗作用机制仍存在空白。本试验通过建立体内与体外镉中毒模型,探讨落新妇苷对镉暴露致心肌发育毒性的保护作用。体内模型中选取1日龄鸡胚随机分为4组,对照组鸡胚中注射20μL的生理盐水;镉组鸡胚中注射20μL(2μg氯化镉)的生理盐水溶液;镉与落新妇苷组鸡胚中注射20μL混合溶液(2μg氯化镉和0.002μg落新妇苷);落新妇苷组鸡胚中注射20μL(0.002μg落新妇苷)的生理盐水溶液。体外模型中选取原代心肌细胞,对照组用正常培养基;镉组培养基中镉离子浓度为1.0×10-5 mol/L;镉与落新妇苷组中镉离子浓度为1.0×10-5 mol/L,落新妇苷浓度为0.0025μg/m L。本试验通过H&E染色,电镜和TUNEL染色,观察镉暴露后发育中的心肌损伤和落新妇苷的拮抗作用。同时采用qRT-PCR、Western Blot、ROS含量测定、细胞胞质Ca2+荧光染色、AO/EB染色以及流式细胞术中细胞周期和细胞凋亡等方法,并对内质网应激相关基因、钙通道相关基因、凋亡相关基因、发育相关基因、转录相关基因进行检测,以探究镉暴露对发育中的心肌损伤的途径机制,以及落新妇苷的保护作用。研究结果如下:(1)H&E染色表明,镉组心室扩张,组织内部肌纤维连接明显减少。与镉组相比,镉与落新妇苷组的心脏心室扩张情况减轻,心肌组织内部的肌纤维连接较镉组紧密。落新妇苷组与对照组相比无明显变化。结果表明,镉暴露对鸡胚心脏有损伤作用,而落新妇苷可拮抗镉暴露的肌纤维的损伤。(2)电镜结果表明,对照组心肌细胞中肌丝排列正常、结构完整。在镉组中,镉暴露导致许多肌原纤维溶解、破坏和消失、心肌线粒体数量减少,线粒体肿胀,嵴紊乱,内质网扩张。然而,在镉与落新妇苷组中,内质网扩张与线粒体肿胀的情况减少、只有少数心肌纤维塌陷或断裂。表明落新妇苷可拮抗镉对肌纤维以及细胞器的损伤。(3)TUNEL染色结果表明,镉组中鸡胚心肌组织中发现大量的凋亡阳性细胞,提示凋亡的发生,镉与落新妇苷组中凋亡阳性细胞数量减少,提示落新妇苷具有抗凋亡作用;ROS染色结果表明,镉组原代心肌细胞中ROS绿色荧光数量高于对照组,提示镉组中ROS含量显著增加,镉暴露破坏细胞的抗氧化平衡。在镉和落新妇苷组的ROS含量降低,提示落新妇苷处理后可以显著降低心肌细胞中ROS的水平从而对氧化平衡进行修复(P<0.05);胞质钙离子染色表明,镉组心肌细胞中细胞胞质钙超载,加入落新妇苷后细胞内钙离子减少(P<0.05),提示落新妇苷对细胞内钙稳态的调控作用;原代心肌细胞中AO/EB荧光染色结果表明,镉组中凋亡细胞增加,然而在镉与落新妇苷组中凋亡细胞数量减少,提示落新妇苷的抗凋亡作用。(4)流式细胞仪观察原代心肌细胞周期结果表明,镉暴露诱导原代心肌细胞G1期阻滞,S期细胞百分比下降,添加落新妇苷后G1期阻滞缓解,提示镉暴露后发育受阻,以及落新妇苷拮抗镉毒性对心肌发育的调控作用;流式细胞术分析原代心肌细胞中凋亡情况结果表明,镉组发生凋亡,镉与落新妇苷组的凋亡率下降,提示落新妇苷拮抗镉毒性对凋亡调控作用。(5)通过qRT-PCR和Western Blot检测鸡胚胎心肌组织与原代心肌细胞中内质网应激与钙通道相关因子的m RNA与蛋白表达情况。结果表明,镉暴露后体内与体外镉组中内质网应激相关基因(GRP78、ATF4、IRE1和CHOP)的m RNA与蛋白表达均显著上升,钙通道基因SERCA的m RNA与蛋白的表达量均显著降低,而CAMKII的m RNA与蛋白的表达量均显著升高(P<0.05)。在镉与落新妇苷组中,内质网应激相关基因表达趋势下降,钙通道基因SERCA的m RNA与蛋白的表达量均显著上升,而CAMKII的m RNA与蛋白的表达量均显著降低(P<0.05)。以上结果表明,落新妇苷对镉暴露后内质网应激具有调节作用,并调控细胞内钙离子稳态。(6)通过qRT-PCR和Western Blot检测鸡胚胎心肌组织与原代心肌细胞中凋亡情况。结果表明,心肌组织与原代心肌细胞中的镉组中Caspase-3和Caspase-9基因的m RNA与蛋白表达量均显著高于对照组,Bcl-2基因的m RNA与蛋白表达量均显著低于对照组(P<0.05)。在镉与落新妇苷组中,Caspase-3和Caspase-9基因的m RNA与蛋白表达量均低于镉组,Bcl-2基因的m RNA与蛋白表达量均显著高于镉组,Bax基因的m RNA与蛋白表达量均显著低于镉组(P<0.05)。以上结果提示,心肌组织与原代心肌细胞在镉暴露后发生凋亡,落新妇苷具有抗凋亡的作用。(7)通过qRT-PCR和Western Blot检测鸡胚胎心肌组织与原代心肌细胞中发育、转录相关基因的m RNA与蛋白情况,结果表明,镉暴露后心肌组织与原代心肌细胞中发育相关基因(Tnn T2、Tnn C1、Wnt11、Gata4、Nkx2-5、MHC、Desmin、TPM1和TPM3)与转录相关基因(Hey2、Irx4、Pitx2、Mef2c、Mef2d、Hand1、Snail1、Tbx2、Tbx5、Tbx18和Tbx20)m RNA的表达量均显著下降(P<0.05)。同时,体内体外镉组中发育、转录相关基因蛋白表达也发生显著下降(P<0.05)。然而,在镉与落新妇苷组中,发育与转录相关基因m RNA与蛋白的表达量均显著上升(P<0.05)。上述结果表明,落新妇苷可调控并拮抗镉对心肌发育水平的阻滞。结合上述的试验结果,我们发现镉暴露后心肌细胞内发生内质网应激与钙稳态紊乱,氧化平衡紊乱与凋亡的发生,从而致使心肌发育受阻;同时发现落新妇苷通过抗氧化、抗凋亡的作用从而拮抗镉暴露造成的损伤,为探究镉暴露后造成的心肌损伤机制以及落新妇苷的保护作用奠定基础,并提供见解。