论文部分内容阅读
镉(Cadmium, Cd)是一种广泛存在于大气、土壤以及水体中的重金属,也是一种重要的环境污染物,主要来源于工、农业,可对人体产生毒性并具有致癌效应。镉不仅能蓄积在生物体内影响机体的生长、发育和生殖,促进活性氧自由基(Reactive oxygen species, ROS)的过量生成,还可以引起机体发生自噬(Autophagy)和线粒体自噬(Mitophagy)。线粒体自噬是指机体在各种因素(如低氧、饥饿、光致辐照、氧化应激等)刺激下,细胞内发生去极化损伤以及老化的线粒体被特异性地包裹进自噬体中,并通过溶酶体被降解的过程。镉诱导的线粒体自噬近期才见零星报道,但其潜在的分子机制尚不清楚。本研究论文通过连续3天的氯化镉(Cadmium chloride, CdCl2)腹腔注射处理小鼠后,以小鼠的肾和脑为实验材料,来研究镉对小鼠肾和脑的线粒体自噬效应以及其潜在的分子机制：(1)选用线粒体膜电位(Mitochondrial membrane potential, MMP)、线粒体自噬体形成(Mitophagosomes)、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值(LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ ratio)、PINK1表达水平(PINK1levels)和线粒体质量(Mitochondrial mass)等线粒体自噬的指标来反映不同浓度镉(0.05,0.20,0.80mg/kg)暴露后线粒体自噬的发生、进程和结果；(2)通过分别加入外源性ROS清除剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine, NAC)或乙酰左旋肉毒碱(Acetyl-1-carnitine, ALC)与镉联合处理小鼠,来检验ROS在镉诱导的线粒体自噬以及PINK1/Parkin途径中是否发挥作用；(3)通过线粒体自噬抑制剂环孢菌素A (Cyclosporine A, CsA)与镉联合处理小鼠,来进一步阐述镉诱导产生的ROS在线粒体自噬和PINK1/Parkin途径上游发挥的作用。本论文研究结果如下：1.镉(0.20,0.80mg/kg)暴露3天显著降低了小鼠肾和脑细胞中线粒体膜电位(P<0.01),诱导了典型的线粒体自噬体的形成,显著增加了肾和脑组织中LC3-II/LC3-I比值和PINK1表达水平(P<0.01),并且显著降低了线粒体质量(P<0.01),揭示镉能够诱导小鼠肾和脑中发生线粒体自噬。2.镉(0.20、0.80mg/kg)暴露3天显著提高了小鼠肾和脑细胞中ROS的水平(P<0.01),此结果为进一步深入探讨ROS在线粒体自噬和PINK1/Parkin途径上游的作用奠定了基础。3.ROS清除齐NAC(100mg/kg)或者ALC(30mg/kg)分别与镉(0.20mg/kg)联合处理3天后,小鼠肾和脑细胞中的ROS水平都显著降低(P<0.01),同时LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值也显著减小(P<0.01),线粒体膜电位和线粒体质量也得到了显著提升(P<0.01)。结果表明,ROS调控了镉诱导的线粒体自噬。4. NAC (100mg/kg)或者ALC (30mg/kg)分别与镉(0.20mg/kg)的联合处理也显著削弱了小鼠肾和脑组织中PINK1表达水平和Parkin在线粒体上的蓄积量(P<0.01),揭示ROS介导了镉诱导的PINK1/Parkin途径。5.线粒体自噬抑制剂CsA (10mg/kg)与镉(0.20mg/kg)的联合处理显著抑制了小鼠肾和脑中线粒体自噬的发生:LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值显著减(P<0.01),线粒体膜电位和线粒体质量也显著回升(P<0.01)。与此同时,CsA (10mg/kg)与镉(0.20mg/kg)的联合处理也阻碍了PINK1/Parkin途径：PINK1的表达量以及Parkin在线粒体中的蓄积量都显著降低(P<0.01),但是ROS的水平并未受到影响。表明ROS在镉诱导的PINK1/Parkin途径上游发挥作用,并且最终诱导线粒体自噬。综合以上结果,本研究论文认为：镉通过介导小鼠肾和脑中PINK1/Parkin途径的激活诱导线粒体自噬,这一过程中镉诱导产生的ROS在PINK1/Parkin途径的上游发挥作用进而调控线粒体自噬。本研究结果为评估动物活体内镉的肾毒性和脑损伤效应以及其分子机制提供了一个新的证据和参考。