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【摘 要】 镉作为一种环境污染的重要毒物，对人体具有多器官、多系统毒性。而肾脏作为主要排泄器官，且重要的蓄积部位，容易被镉侵袭，导致肾损伤，主要表现为对肾小管的损伤。镉引起器官损害的机制有很多，但最新的研究发现镉的拟雌激素作用可能是镉毒性的重要发病机制。现就镉的拟雌激素作用致肾损伤可能的机制作一简述。
【关键词】镉；环境雌激素；雌激素受体；金属硫蛋白；肾小管损伤
【中图分类号】R114 【文献标识码】B 【文章编号】004-7484（2014）04-2640-02
今年来，国内重金属污染频频发生。镉（cadmium，Cd）作为一种环境污染的重要毒物之一，其接触危害已经成为我国一个重要的公共卫生问题。而长期低水平接触镉引起的毒性已成为当今研究的重要课题。现就镉引起的肾损伤的可能的发病机制做一简述。
1 镉的理化性质及污染现状
镉是由德国冶金学家F.Stromeyer于1817年发现的，其分子量为112.4，是一种稳定地分布于自然界中的比较稀有的金属元素。自1997年以来，镉被美国毒物管理委员会（ATSDR）列为第6位危害人体健康的有毒物质，也是联合国环境规划署（UNEP）和世界卫生组织重金属委员会列出的重点环境污染物之一，是世界卫生组织（WHO）列为优先研究的食品污染物【1】。
我国自20世界80年代以来，就开始对环境镉污染进行调查，结果发现，镉污染的地区涉及11个省、市的25个地区，每年随工业废物排放到环境中镉的总量超过68000kg【2】。我国就曾多次报道过镉污染事件：2005年广东北江镉污染；
2006年湘江株洲段镉污染；2009年湖南浏阳镉污染；2012年广西龙江河镉污染。而镉在环境中不能被生物降解，且在生物体内的半衰期很长，因此长期接触镉很容易导致慢性中毒。
2 镉毒性
2.1 镉的多器官毒性 环境中的镉主要是通过消化道和呼吸系统摄入，一旦进入人体，就会长期蓄积在体内，对人体造成危害。镉在体内的生物半减期可长达10～35年之久，并可在体内蓄积50年，为已知最易在体内蓄积的毒物。目前大量的研究表明，镉具有多器官多系统毒性，可对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性。而随着镉接触时间的增加或接触剂量的加大，心血
管疾病、骨质疏松、肝肾毒性、糖尿病、癌症等的发生率也增加。Brzóska MM【3】通过对大鼠染镉24个月发现，其中股骨骨质疏松的发生率高达80%，胫骨骨质疏松的发生率为70%。Malek EI Muayed【4】分别用不同浓度的Cd（0.1，0.5，1.0μmol/L）染毒胰岛β细胞48小时，以及用0.1μmol/L的Cd染毒细胞0.5，1，2，，4，8，24，48，72小时，发现随着染毒剂量的增加或染毒时间的增加，细胞内镉水平增加，胰岛β细胞功能的紊亂加重，致使Ⅱ型糖尿病的发生率也随之增加。
2.2 镉的肾毒性 肾脏作为机体主要的排泄器官，且重要的蓄积部位，是毒物重要的靶器官之一。镉在肾脏的代谢相对其它脏器较缓慢，其半衰期为18-36天。唐蕾【5】等用硫硒化镉对小鼠进行皮肤染毒，电感耦合等离子体质谱结果显示，透皮吸收的量子点能沉积在各个器官中，而且在肝和肾中沉积的量子点代谢缓慢，在涂抹5天后，肾中残留的Cd2+浓度仍然超过14ng/g。张静姝【6】等通过研究CdS在鱼和小鼠体内的蓄积情况证实，与其他各脏器相比，肾脏中的Cd2+的含量最高。本课题的前期实验发现，染镉组大鼠的血Cd、尿Cd水平明显比对照高，且肾脏病理学检查观察到，肾小管有退行性改变，肾小管上皮细胞萎缩，官腔扩大。进一步验证了Cd存在肾脏蓄积现象，对肾脏有损伤。
3 镉与雌激素受体（estrogen receptor，ER）
3.1 镉与环境雌激素（Environmental Estogens，EEs） 大量研究证实，慢性镉中毒通常发生在绝经后妇女，成年男性及儿童少见【7】。这主要是与镉是一种重要的环境内分泌干扰物有关。环境内分泌干扰物是指环境中存在的多种能够模拟或拮抗体内天然激素的化合物，一旦进入机体后，可干扰体内正常分泌物质的合成，释放，运转，代谢，结合等过程，激活或抑制内分泌系统功能，从而破坏其维持机体稳定性和调控作用。而环境内分泌干扰物中具有拟雌激素作用的环境化合物称为EEs。有研究发现镉是一类高度可疑的EEs，具有类雌激素作用。Garcia【8】等发现镉在体外能够模拟雌二醇作用，引起人类乳腺癌细胞株MCF-7增值达5.6倍。唐秀明【9】通过97例高血镉患者的研究发现，血镉越高者，其对雌激素的影响程度越大。因而有理由相信，镉作为一种EEs，可以使得雌激素的表达增高。
3.2 镉与雌激素受体结合 ER是核受体大家族中的一员，是由配体活化的转录因子，通过与靶基因上特异性效应元件结合，调节靶基因的表达。研究表明，镉作为一种EEs能与ER结合激活非经典雌激素信号通路干扰正常雌激素调节基因而发挥多器官毒性【10】。镉的雌激素性腺毒性已经在子宫，乳腺等组织中得到证实。杨劲松等【11】使用不同剂量的镉对去卵巢大鼠子宫增重效应的研究发现，镉可以提高提高雌二醇，孕酮，卵泡雌激素，黄体生成素水平，而达到子宫增重效应。Julin B【12】的回顾性研究发现，长期镉接触的绝经妇女，其ER+乳腺癌的发生率远远高于ER-的患者。从而可以说明镉是可以通过类雌激素作用于ER结合。
虽然Cd对ER的亲和力只有内源性雌激素的1/1000～`1/1，000，000，但是前者脂溶性高，半衰期长，与血清性激素结合球蛋白亲和力小，因此在体内更具有活性。因此，Cd可以改变ER表达水平。Garcia 等【8】不仅发现镉在体外能够模拟雌二醇作用，引起人类乳腺癌细胞株 MCF-7 增殖达 5.6 倍，还发现了其ER 水平降低 58%，ERmRNA平行性下降 62%。Christina L【13】等用镉分别感染人MCF-7T-47D，ZR-75-1和MDA-MB-453乳腺癌细胞，发现癌细胞增殖，ERαmRNA的表达增加。肾脏组织中也有ER表达，且主要定位于肾小管上皮细胞。镉的类雌激素作用能否与肾脏ER结合，改变ER水平，目前国内外的报道少见。 4 镉致肾损伤的机制
金属硫蛋白（metallothionein，MT）是一类富含半胱氨酸的金属结合蛋白家族，主要在人体肾脏表达，其硫基能强烈结合有毒金属，从而实现解毒功能。目前，有研究表明，镉能够诱导氧化应激产生MT，这被认为是机体的重要防御机制。Saboli? I【14】实验研究发现，镉中毒时MT与镉的蓄积正相关，并且能够反映肾功能的损害。本课题组通过让去卵巢大鼠饮用200mg/L Cdcl2溶液8周后发现，其肾脏组织中的MT mRNA及免疫组化的表达量均比对照组明显增强，表明镉能诱导MT的产生。但镉诱导MT表达的发生机制目前国内外还未明确阐明。近年来研究发现，重金属诱导MT合成主要是通过调控其基因转录水平来实现的，雌二醇和镉都能使MT在肾脏显著表达。哺乳动物MT包括4种异构体：MT-1，MT-2，MT-3，MT-4。而其中，MT-1在体内分布最广泛。研究表明，雌激素和镉都可使组织中MT-1表达的改变。 H?fer N【15】等分别给大鼠注射氯化镉和雌二醇发现，氯化镉和雌二醇都能使肾脏组织MT1a的表达量增加，氯化镉组MT1a的增加幅度大于雌二醇组，且ERβ的表达在这两组都比对照组降低。Klucen FM【16】等用同样的方法证明了，氯化镉和雌二醇也都能使小肠组织的MT1a表达量增加。因此，推测镉致肾小管损伤的机制可能是由于镉通过ER的表达介导肾小管上皮细胞中MT-1的表达增加而致病。
5 总结
虽然目前对镉致肾小管损伤的发病机制尚未完全阐明，但许多证据证实镉的类雌激素作用在其损伤机制中扮演了重要的角色。由于雌激素受体和MT-1主要在肾小管上皮细胞表达，因而镉的这种类雌激素作用决定了其可以与雌激素受体结合，激活非经典雌激素信号通路，干扰MT-1的表达，从而导致肾小管损伤。未来通过镉对雌激素调节金属硫蛋白致肾小管损伤的机制的进一步研究，将对防治慢性镉中毒发挥重要作用。
参考文献：
[1]Nordberg GF.Histrorical perspectives on cadmium toxicology[J].Toxicol Appl Phamacol，2009，238（3）：192-200
[2]杜瑜，尚琪.环境镉污染人群健康影响研究回顾[J].卫生研究，2006，35（2）：241-243
[3]Brzóska MM.Low-level chronic exposure to cadmium enhances the risk of long bone fractures：a study on a female rat model of human lifetime exposure[J].J Appl Toxicol，2012，32（1）：34-44
[4]Malek EI Muayed，Meera R Raja，Xiaomin Zhang，et al.Accumulation of cadmium in insulin-producing β cells[J].Islets，2012，4（6）：405-416
[5]唐蕾，张春玲，宋光明，等.小鼠对量子点的透皮吸收和代谢[J].生物化学与生物物理进展.2012，（02）：188-193
[6]张静姝，柏彬山，乔珊珊，等.纳米硫化镉在小鼠体内的蓄积情况研究.//中国环境诱变剂学会青年学术交流会，2007.64-67
[7]Sughis M，Penders J，Haufroid V，et al.Bone resorption and environmental exposure to cadmium in children：a cross-sectional study[J].Environ Health，2011，10：104
[8]Garcia Morales P，Saceda M，Kenney N，et al.Effect of cadmium on estrogen receptor levels and estrogen-induced responses in human breast cancer cells[J].J Biol Chem，1994，269（24）：16896-16901
[9]唐秀明.镉对女性雌激素（E2）的影响.[J].中国医药导刊.2009.11（11）1915-1916
[10]Tokumoto M，Ohtsu T，Honda A，et al.DNA microarray analysis of normal rat kidney epithelial cells treated with cadmium.[J].J Tocicol Sci，2011，36（1）：127-129
[11]楊劲松，张文昌，汪家犁，等.镉对去卵巢大鼠子宫增重及血清性激素水平的影响[J].环境与健康杂志，2007，24（3）：146-148
[12]Julin B，wok A，Bergkwist L.Dietary cadmium exposure and risk of postmenopausal breast cancer：a population-based prospective cohort study[J].Cancer Res，2012，72（6）：1449-1466
[13]Christina L.Siewit，Bridget Gengler，Esera vegas.Cadmium Promotes Breast Cancer Cell Proliferation by Potentiating the interaction between ERαand c-jun.[J].Mol Endocrinol，2010，24（5）：981-992
[14]Saboli? I，Breljak D，Skarica M，et al.Role of metallothionein in cadmium traffic and toxicity in kidneys and other mammalian organs .Biometals，2010，23（5）：897-926.
[15]H?fer N，Diel P，Wittsiepe J，et al.Investigations on the estrogenic activity of the metallohormone cadmium in the rat intestine.Arch Toxicol，2010，84（7）：541-552.
[16]Kluxen FM，Diel P，H?fer N，et la.The metallohormone cadmium modulates AhR-associated gene expression in the small intestine of rats similar to ethinyl-estrasiol[J].Ach Toxicol，2013，87（4）：633-643
通讯作者：尹友生
【关键词】镉；环境雌激素；雌激素受体；金属硫蛋白；肾小管损伤
【中图分类号】R114 【文献标识码】B 【文章编号】004-7484（2014）04-2640-02
今年来，国内重金属污染频频发生。镉（cadmium，Cd）作为一种环境污染的重要毒物之一，其接触危害已经成为我国一个重要的公共卫生问题。而长期低水平接触镉引起的毒性已成为当今研究的重要课题。现就镉引起的肾损伤的可能的发病机制做一简述。
1 镉的理化性质及污染现状
镉是由德国冶金学家F.Stromeyer于1817年发现的，其分子量为112.4，是一种稳定地分布于自然界中的比较稀有的金属元素。自1997年以来，镉被美国毒物管理委员会（ATSDR）列为第6位危害人体健康的有毒物质，也是联合国环境规划署（UNEP）和世界卫生组织重金属委员会列出的重点环境污染物之一，是世界卫生组织（WHO）列为优先研究的食品污染物【1】。
我国自20世界80年代以来，就开始对环境镉污染进行调查，结果发现，镉污染的地区涉及11个省、市的25个地区，每年随工业废物排放到环境中镉的总量超过68000kg【2】。我国就曾多次报道过镉污染事件：2005年广东北江镉污染；
2006年湘江株洲段镉污染；2009年湖南浏阳镉污染；2012年广西龙江河镉污染。而镉在环境中不能被生物降解，且在生物体内的半衰期很长，因此长期接触镉很容易导致慢性中毒。
2 镉毒性
2.1 镉的多器官毒性 环境中的镉主要是通过消化道和呼吸系统摄入，一旦进入人体，就会长期蓄积在体内，对人体造成危害。镉在体内的生物半减期可长达10～35年之久，并可在体内蓄积50年，为已知最易在体内蓄积的毒物。目前大量的研究表明，镉具有多器官多系统毒性，可对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性。而随着镉接触时间的增加或接触剂量的加大，心血
管疾病、骨质疏松、肝肾毒性、糖尿病、癌症等的发生率也增加。Brzóska MM【3】通过对大鼠染镉24个月发现，其中股骨骨质疏松的发生率高达80%，胫骨骨质疏松的发生率为70%。Malek EI Muayed【4】分别用不同浓度的Cd（0.1，0.5，1.0μmol/L）染毒胰岛β细胞48小时，以及用0.1μmol/L的Cd染毒细胞0.5，1，2，，4，8，24，48，72小时，发现随着染毒剂量的增加或染毒时间的增加，细胞内镉水平增加，胰岛β细胞功能的紊亂加重，致使Ⅱ型糖尿病的发生率也随之增加。
2.2 镉的肾毒性 肾脏作为机体主要的排泄器官，且重要的蓄积部位，是毒物重要的靶器官之一。镉在肾脏的代谢相对其它脏器较缓慢，其半衰期为18-36天。唐蕾【5】等用硫硒化镉对小鼠进行皮肤染毒，电感耦合等离子体质谱结果显示，透皮吸收的量子点能沉积在各个器官中，而且在肝和肾中沉积的量子点代谢缓慢，在涂抹5天后，肾中残留的Cd2+浓度仍然超过14ng/g。张静姝【6】等通过研究CdS在鱼和小鼠体内的蓄积情况证实，与其他各脏器相比，肾脏中的Cd2+的含量最高。本课题的前期实验发现，染镉组大鼠的血Cd、尿Cd水平明显比对照高，且肾脏病理学检查观察到，肾小管有退行性改变，肾小管上皮细胞萎缩，官腔扩大。进一步验证了Cd存在肾脏蓄积现象，对肾脏有损伤。
3 镉与雌激素受体（estrogen receptor，ER）
3.1 镉与环境雌激素（Environmental Estogens，EEs） 大量研究证实，慢性镉中毒通常发生在绝经后妇女，成年男性及儿童少见【7】。这主要是与镉是一种重要的环境内分泌干扰物有关。环境内分泌干扰物是指环境中存在的多种能够模拟或拮抗体内天然激素的化合物，一旦进入机体后，可干扰体内正常分泌物质的合成，释放，运转，代谢，结合等过程，激活或抑制内分泌系统功能，从而破坏其维持机体稳定性和调控作用。而环境内分泌干扰物中具有拟雌激素作用的环境化合物称为EEs。有研究发现镉是一类高度可疑的EEs，具有类雌激素作用。Garcia【8】等发现镉在体外能够模拟雌二醇作用，引起人类乳腺癌细胞株MCF-7增值达5.6倍。唐秀明【9】通过97例高血镉患者的研究发现，血镉越高者，其对雌激素的影响程度越大。因而有理由相信，镉作为一种EEs，可以使得雌激素的表达增高。
3.2 镉与雌激素受体结合 ER是核受体大家族中的一员，是由配体活化的转录因子，通过与靶基因上特异性效应元件结合，调节靶基因的表达。研究表明，镉作为一种EEs能与ER结合激活非经典雌激素信号通路干扰正常雌激素调节基因而发挥多器官毒性【10】。镉的雌激素性腺毒性已经在子宫，乳腺等组织中得到证实。杨劲松等【11】使用不同剂量的镉对去卵巢大鼠子宫增重效应的研究发现，镉可以提高提高雌二醇，孕酮，卵泡雌激素，黄体生成素水平，而达到子宫增重效应。Julin B【12】的回顾性研究发现，长期镉接触的绝经妇女，其ER+乳腺癌的发生率远远高于ER-的患者。从而可以说明镉是可以通过类雌激素作用于ER结合。
虽然Cd对ER的亲和力只有内源性雌激素的1/1000～`1/1，000，000，但是前者脂溶性高，半衰期长，与血清性激素结合球蛋白亲和力小，因此在体内更具有活性。因此，Cd可以改变ER表达水平。Garcia 等【8】不仅发现镉在体外能够模拟雌二醇作用，引起人类乳腺癌细胞株 MCF-7 增殖达 5.6 倍，还发现了其ER 水平降低 58%，ERmRNA平行性下降 62%。Christina L【13】等用镉分别感染人MCF-7T-47D，ZR-75-1和MDA-MB-453乳腺癌细胞，发现癌细胞增殖，ERαmRNA的表达增加。肾脏组织中也有ER表达，且主要定位于肾小管上皮细胞。镉的类雌激素作用能否与肾脏ER结合，改变ER水平，目前国内外的报道少见。 4 镉致肾损伤的机制
金属硫蛋白（metallothionein，MT）是一类富含半胱氨酸的金属结合蛋白家族，主要在人体肾脏表达，其硫基能强烈结合有毒金属，从而实现解毒功能。目前，有研究表明，镉能够诱导氧化应激产生MT，这被认为是机体的重要防御机制。Saboli? I【14】实验研究发现，镉中毒时MT与镉的蓄积正相关，并且能够反映肾功能的损害。本课题组通过让去卵巢大鼠饮用200mg/L Cdcl2溶液8周后发现，其肾脏组织中的MT mRNA及免疫组化的表达量均比对照组明显增强，表明镉能诱导MT的产生。但镉诱导MT表达的发生机制目前国内外还未明确阐明。近年来研究发现，重金属诱导MT合成主要是通过调控其基因转录水平来实现的，雌二醇和镉都能使MT在肾脏显著表达。哺乳动物MT包括4种异构体：MT-1，MT-2，MT-3，MT-4。而其中，MT-1在体内分布最广泛。研究表明，雌激素和镉都可使组织中MT-1表达的改变。 H?fer N【15】等分别给大鼠注射氯化镉和雌二醇发现，氯化镉和雌二醇都能使肾脏组织MT1a的表达量增加，氯化镉组MT1a的增加幅度大于雌二醇组，且ERβ的表达在这两组都比对照组降低。Klucen FM【16】等用同样的方法证明了，氯化镉和雌二醇也都能使小肠组织的MT1a表达量增加。因此，推测镉致肾小管损伤的机制可能是由于镉通过ER的表达介导肾小管上皮细胞中MT-1的表达增加而致病。
5 总结
虽然目前对镉致肾小管损伤的发病机制尚未完全阐明，但许多证据证实镉的类雌激素作用在其损伤机制中扮演了重要的角色。由于雌激素受体和MT-1主要在肾小管上皮细胞表达，因而镉的这种类雌激素作用决定了其可以与雌激素受体结合，激活非经典雌激素信号通路，干扰MT-1的表达，从而导致肾小管损伤。未来通过镉对雌激素调节金属硫蛋白致肾小管损伤的机制的进一步研究，将对防治慢性镉中毒发挥重要作用。
参考文献：
[1]Nordberg GF.Histrorical perspectives on cadmium toxicology[J].Toxicol Appl Phamacol，2009，238（3）：192-200
[2]杜瑜，尚琪.环境镉污染人群健康影响研究回顾[J].卫生研究，2006，35（2）：241-243
[3]Brzóska MM.Low-level chronic exposure to cadmium enhances the risk of long bone fractures：a study on a female rat model of human lifetime exposure[J].J Appl Toxicol，2012，32（1）：34-44
[4]Malek EI Muayed，Meera R Raja，Xiaomin Zhang，et al.Accumulation of cadmium in insulin-producing β cells[J].Islets，2012，4（6）：405-416
[5]唐蕾，张春玲，宋光明，等.小鼠对量子点的透皮吸收和代谢[J].生物化学与生物物理进展.2012，（02）：188-193
[6]张静姝，柏彬山，乔珊珊，等.纳米硫化镉在小鼠体内的蓄积情况研究.//中国环境诱变剂学会青年学术交流会，2007.64-67
[7]Sughis M，Penders J，Haufroid V，et al.Bone resorption and environmental exposure to cadmium in children：a cross-sectional study[J].Environ Health，2011，10：104
[8]Garcia Morales P，Saceda M，Kenney N，et al.Effect of cadmium on estrogen receptor levels and estrogen-induced responses in human breast cancer cells[J].J Biol Chem，1994，269（24）：16896-16901
[9]唐秀明.镉对女性雌激素（E2）的影响.[J].中国医药导刊.2009.11（11）1915-1916
[10]Tokumoto M，Ohtsu T，Honda A，et al.DNA microarray analysis of normal rat kidney epithelial cells treated with cadmium.[J].J Tocicol Sci，2011，36（1）：127-129
[11]楊劲松，张文昌，汪家犁，等.镉对去卵巢大鼠子宫增重及血清性激素水平的影响[J].环境与健康杂志，2007，24（3）：146-148
[12]Julin B，wok A，Bergkwist L.Dietary cadmium exposure and risk of postmenopausal breast cancer：a population-based prospective cohort study[J].Cancer Res，2012，72（6）：1449-1466
[13]Christina L.Siewit，Bridget Gengler，Esera vegas.Cadmium Promotes Breast Cancer Cell Proliferation by Potentiating the interaction between ERαand c-jun.[J].Mol Endocrinol，2010，24（5）：981-992
[14]Saboli? I，Breljak D，Skarica M，et al.Role of metallothionein in cadmium traffic and toxicity in kidneys and other mammalian organs .Biometals，2010，23（5）：897-926.
[15]H?fer N，Diel P，Wittsiepe J，et al.Investigations on the estrogenic activity of the metallohormone cadmium in the rat intestine.Arch Toxicol，2010，84（7）：541-552.
[16]Kluxen FM，Diel P，H?fer N，et la.The metallohormone cadmium modulates AhR-associated gene expression in the small intestine of rats similar to ethinyl-estrasiol[J].Ach Toxicol，2013，87（4）：633-643
通讯作者：尹友生