镉污染对人类健康的危害一直是重要的公共卫生问题。肾脏是镉暴露致机体毒性损伤的靶器官和蓄积部位。目前,国内外对环境中的镉污染毒效应评价已由大剂量急性暴露研究转向接近实际的低水平长期暴露研究。本研究以Sprague Dawley(SD)大鼠为实验动物,联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)制订的食品中镉暂定每月可耐受摄入量(PTMI,25μg/kg·bw)换算成每日灌胃镉剂量(0.1 mg/kg/d)为低剂量组,以镉污染区居民平均每日膳食镉暴露量(10μg/kg·bw)换算成每日灌胃镉剂量(1.0mg/kg/d)为高剂量组,进行为期8周的灌胃染毒,观察大鼠肾毒性损伤效应、探索更灵敏的肾毒性损伤早期指标,并探讨可能的毒性机理,以期为实际状态下的镉暴露致肾毒性研究提供一定的参考依据。研究内部包括两部分:一、长期低水平镉染毒对大鼠肾脏毒效应研究24只SD大鼠随机分为3组,每组8只,雌雄各半,分别为对照组(control),低剂量组(0.1 mg/kg/d),高剂量组(1.0 mg/kg/d)。对照组大鼠每天灌以生理盐水,高低剂量组每天以CdCl2溶液进行灌胃染毒,每100g体重灌胃体积1.0mL。分别于染毒前(第0天),染毒后第1,3,5,7,14,21,28,35,42,49,56天收集大鼠24h尿液,测定尿中镉含量;检测第0,14,28,35,42,56天尿中β2-MG、RBP、MT、Klotho蛋白含量变化。于第0,14,28,35,42,56天大鼠尾部取血,测定血清中Klotho蛋白水平。染毒结束后,取大鼠肾脏组织测定镉含量、观察病理学变化。结果表明,染毒组尿镉含量随着染毒时间延长而升高,高剂量组尿镉含量高于低剂量组,其中高剂量组雄性和雌性大鼠尿镉水平分别在第49天和第42天较对照组明显提高(P<0.05)。镉染毒组尿中β2-MG、RBP、MT三种蛋白随着染毒时间延长而升高,其中雌性大鼠三种蛋白升高的程度高于雄性大鼠,高剂量组蛋白水平高于低剂量组。镉染毒组尿中Klotho蛋白随着染毒时间延长而降低,高剂量组尿中蛋白水平降低程度高于低剂量组,其中雌性大鼠Klotho蛋白随染毒时间的延长而降低程度大于雄性大鼠,但四种蛋白水平的变化与对照组相比没有明显的差异(P>0.05)。镉染毒组血清中Klotho蛋白随着染毒时间延长而降低,高剂量组血清中蛋白水平低于低剂量组,其中高剂量组雌性大鼠血清蛋白水平在染毒结束时(第56天)较对照组明显降低(P<0.05),雄性大鼠与对照组相比未出现明显降低(P>0.05)。高剂量组大鼠肾镉含量明显高于对照组和低剂量组(P<0.01)。肾病理组织观察可见对照组肾小管和肾小球上皮细胞完好,均未损伤;镉染毒组大鼠肾损伤主要发生在肾小管处,低剂量组雌雄性大鼠肾小管均出现轻微水肿,高剂量组雌性大鼠肾损伤较雄性大鼠更明显,表现为肾小管上皮细胞发生明显的水肿、部分出现变性或凋亡,肾小球萎缩,并伴有炎性细胞浸润。上述实验结果提示:尿镉作为机体长期接触镉的内负荷指标,雄性大鼠高剂量染毒第49天后出现明显升高,雌性大鼠尿镉早在第42天就已出现尿镉升高。肾脏病理学观察进一步验证了高剂量组较低剂量组肾脏损伤严重,雌性大鼠较雄性肾脏毒效应表现明显。提示高剂量镉染毒引起的肾组织损伤;雌性大鼠肾损伤较雄性大鼠严重。在本文的低水平镉染毒下,大鼠尿中β2-MG、RBP、MT、Klotho四种蛋白无显著变化,但大鼠血清中Klotho蛋白相比于尿中有显著差异,雌性大鼠较雄性差异显著;血清中Klotho蛋白相较其他三种蛋白与对照组相比出现显著变化,提示Klotho蛋白有可能作为镉致肾毒性损伤的敏感指标。Klotho蛋白作为肾脏保护作用因子,可减少超氧化物阴离子产生和脂类过氧化物,并诱导超氧化物歧化物酶(SOD)表达作用来降低氧化应激对肾脏损伤,提示在本文研究长期低水平镉染毒致肾脏毒性可能与氧化应激损伤有关。二、长期低水平镉染毒对大鼠肾脏组织抗氧化性能的影响在上述8周镉灌胃染毒实验结束后,取大鼠肾脏组织,检测其中MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT三种酶活性。结果显示,染毒组大鼠肾组织中MDA的含量随着镉灌胃剂量增加而增加,高剂量组MDA含量明显高于与对照组(P<0.05);雌和雄性大鼠MDA含量相比于对照组分别上升了 66.67%和41.47%;肾组织中SOD、GSH-Px、CAT三种抗氧化酶活性均随着染毒剂量增加而降低,雌性大鼠肾组织中三种酶活性均低于雄性大鼠,其中GSH-Px酶活性较雄性大鼠明显的降低(P<0.05)。以上结果提示:MDA作为反映脂质过氧化强弱的一个重要指标,高剂量组大鼠肾组织MDA含量明显增加,雌性大鼠更为明显,说明肾组织发生了脂质过氧化,且镉暴露致雌性大鼠的肾组织脂质过氧作用更强。SOD、GSH-Px、CAT机体中主要保护酶系统,三种酶联合作用清除活性氧自由基,保护组织免受自由基伤害。染毒组中抗氧化酶GSH-Px、SOD、CAT酶活性较对照组降低,说明长期低水平镉染毒下肾组织发生了氧化损伤,且雌性大鼠肾脏组织氧化损伤更明显。本文研究结果表明,模拟人群膳食镉暴露下的染毒剂量会对机体肾脏产生毒性损伤,雌性大鼠肾损伤表现明显,毒性机制可能仍与氧化损伤有关;对肾脏具有保护作用的Klotho蛋白,相比于现有常用指标更灵敏地反映出肾损伤的变化,为早期监测镉致肾脏毒性损伤提供了可能。