目的:1.探讨职业性铝接触工人的认知功能改变情况及其影响因素,为改善工人认知功能状况提供一定参考措施。2.探讨职业性铝接触工人外周血淋巴细胞谷氨酸受体表达和功能影像学中低频振幅ALFF变化的影响,以探究外周血淋巴细胞中谷氨酸受体和ALFF作为认知功能改变的标志物可能性。3.探讨铝暴露对大鼠突触可塑性和谷氨酸受体表达的影响,为铝致包括学习记忆在内的认知损伤机制研究及未来干预提供一定的依据。方法:1.人群流行病学调查及核磁检测静息态功能成像:1)采用整群抽样的方法,选取254名暴露于铝的作业工人和253名从事辅助作业不暴露于铝的工人为研究对象,按内暴露情况分别将其分为铝高暴露组(铝高暴露组)和铝低暴露组(铝低暴露组),采用职工健康调查表收集工人一般情况资料,采用蒙特利尔认知评估量表评估工人认知功能状况。作业工人的血浆铝质量浓度用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测以作为其内暴露指标。用酶联免疫吸附法测定工人外周肘静脉血浆中淋巴细胞内离子型谷氨酸受体NMDAR和代谢型谷氨酸受体m Glu R1的蛋白表达量。2)基于前期人群调查结果,参考Mo CA得分从铝高暴露组选取27名(Mo CA分数<26分),铝低暴露组选取26名(Mo CA分数≥26分)共53名男性作业工人进行静息态功能成像(rs-f MRI)扫描。应用3.0T高场强磁共振扫描仪获取磁共振图像,采用磁化准备快速梯度回波(MP-RAGE)脉冲序列采集T1加权(T1WI)全脑高分辨结构像,采用单次激发回波平面成像(EPI)脉冲序列获取rs-f MRI数据,使用DPARSF工具包对采集数据进行0.01-0.08Hz频段的低频振幅(ALFF)分析。2.动物实验研究:选取40只健康雄性SD大鼠,在山西医科大学劳动卫生动物实验室适应性喂养一周后,进行侧脑室插管手术,术后一周按体重随机分为3组,分别为手术对照组(只进行侧脑室插管手术)、生理盐水对照组(注射生理盐水5μL)和麦芽酚铝染毒组(注射40m M Al(mal)3 5μL),每两天一次于上午九点定时染毒,连续染毒十天。染毒结束后,采用新物体识别实验检测大鼠短期记忆能力,采用在体电生理技术记录海马CA1区场兴奋性突触后电位(f EPSP),高尔基染色法观察海马神经元树突棘数量,透射电子显微镜观察海马组织CA1区神经元超微结构改变,采用实时荧光定量PCR检测各组海马m Glu R1和NMDAR各亚基m RNA的表达水平,Western Blot检测m Glu R1和NMDAR各亚基蛋白表达变化情况。结果:1.人群流行病学调查:(1)血浆铝水平:铝高暴露组工人的血浆铝平均浓度为39.58(24.49,60.17)μg/L,铝低暴露组工人的血浆铝平均浓度为17.98(6.42,37.03)μg/L。铝高暴露组的血浆铝水平大于铝低暴露组,差异有统计学意义,P<0.001.(2)研究对象一般情况分析及认知功能情况比较:所有调查对象均为男性,铝高暴露组的平均年龄为(41.53±7.70)岁,平均工龄为(20.54±8.66)年;铝低暴露组的平均年龄为(46.00±6.15)岁,平均工龄为(25.70±6.78)年。婚姻状况、人均月收入、吸烟、患糖尿病情况在两组间分布差异无统计学意义(P>0.05),年龄、工龄、受教育水平、饮酒和患高血压情况在两组间分布差异有统计学意义(P<0.05)。在蒙特利尔认知评估量表各认知领域中,命名、注意、语言、延迟回忆以及定向的分值在两组间分布差异无统计学意义(P>0.05),画钟、视空间总分、抽象及Mo CA总分在两组间的分布差异有统计学意义(P<0.05),且铝高暴露组得分均低于铝低暴露组。(3)研究对象Mo CA量表总分及各因子分影响因素分析:逐步多重线性回归和二元logistic回归分析均显示,与Mo CA量表总分或各因子得分有关的影响因素有血浆铝水平、年龄、文化程度、饮酒和总工龄,其中年龄、总工龄、血浆铝水平是影响Mo CA总分或各因子得分的危险因素,文化程度是影响Mo CA总分或其各因子得分的保护因素((P<0.05),而饮酒与Mo CA各因子得分关系尚不明确。(4)认知功能表现的影响因素分析:以Mo CA总分26分为界(≥26分视为正常,<26分视为MCI可能)进行认知功能障碍影响因素的非条件logistic回归分析。结果显示,认知功能障碍的危险因素有血浆铝暴露水平和年龄,保护因素是高教育水平。(5)研究对象外周血淋巴细胞NMDAR和m Glu R1蛋白表达结果显示:铝高暴露组的外周血淋巴细胞中NMDAR1、NMDAR2A、NMDAR2B的表达量均低于铝低暴露组,m Glu R1的表达量高于铝低暴露组。两组间差异均有统计学意义(P<0.05)。(6)NMDAR和m Glu R1蛋白表达量与血浆铝含量和Mo CA总分及各因子得分相关性分析:Spearman秩相关分析显示,画钟、命名、延迟回忆和定向得分与NMDAR和m Glu R1蛋白表达量无统计学相关,NMDAR亚基中NMDAR1和NMDAR2A的蛋白表达与血铝含量呈负相关,而m Glu R1蛋白的表达与血铝含量呈正相关(r=-0.281、-0.306、0.166,P<0.001);NMDAR2B蛋白表达量与血铝含量之间无统计学相关;NMDAR1和NMDAR2A蛋白表达量与Mo CA总分、视空间、注意、语言和抽象得分呈正性相关;NMDAR2B和m Glu R1蛋白表达量均只与抽象得分相关,其中NMDAR2B蛋白表达量与抽象得分成正相关,而m Glu R1蛋白表达量与抽象得分成负相关(r=0.098,-0.116,P<0.05)。2.静息态功能成像研究:(1)两组研究对象基本情况:核磁研究共纳入53例被试者,其中铝高暴露组27例,铝低暴露组26例,均为男性且都是右利手。铝高暴露组平均年龄为(46.70±5.42)岁,铝低暴露组平均年龄为(47.00±4.64)岁,两组在年龄的差异无统计学意义;铝低暴露组在受教育年限和Mo CA得分上均大于铝高暴露组,而血铝水平小于铝高暴露组,差异有统计学意义。(2)两组研究对象rs-f MRI ALFF结果:铝高暴露组较铝低暴露组ALFF值升高的区域主要位于双侧额上回/辅助运动区以及左内侧额上回;铝高暴露组较铝低暴露组ALFF值降低的区域主要为右侧小脑、左颞下回和左顶下小叶。(3)Mo CA得分与各脑区rs-f MRI ALFF相关性分析结果:铝高暴露组中视空间执行力得分与颞下回rs-f MRI ALFF呈正相关(r=0.402,P<0.05),注意评分与小脑区rs-f MRI ALFF呈正相关(r=0.395,P<0.05),定向得分与内侧额上回rs-f MRI ALFF呈正相关(r=0.421,P<0.05)。2.体内动物实验:(1)实验动物基本情况:侧脑室术后,除有一只大鼠死亡外,其余均恢复良好。且后续实验期间,只有40m M Al(mal)3组有不同程度食欲下降、活动度减少、毛发粗糙、脱毛等现象;其余手术对照和生理盐水对照组大鼠食欲、活动度均正常,体重随饲养时间增长而增加。(2)各组大鼠新物体识别实验结果:三组大鼠运动速度无明显差异,手术对照组NOI为(66.48±12.53%),生理盐水对照NOI为(68.11±18.18%),两组间差异无统计学意义;40m M Al(mal)3组NOI为(51.25±15.09%),与生理盐水对照和手术对照相比,其NOI指数皆降低,差异有统计学意义(P<0.05)。(3)各组大鼠海马在体LTP结果:重复测量多因素方差分析结果显示,给予HFS后,各组大鼠海马CA1区标化f EPSP平均幅值均增加,加入染毒液后标化f EPSP平均幅值降低。大鼠染毒处理与刺激时间存在交互作用(F=17.852,P<0.05),在同一处理组,标化f EPSP平均幅值随刺激记录时间的延长而出现降低(P<0.05),在同一时间点的不同处理组,标化f EPSP平均幅值染毒组较对照组有降低(P<0.05)。手术对照组和生理盐水对照组在各个时间点标化f EPSP平均幅值无明显差异。在第0min,各组大鼠海马CA1区标化f EPSP平均幅值无差异(P>0.05)。第1min,40m M Al(mal)3染毒组较生理盐水对照组标化f EPSP平均幅值降低34.9%;第30min,40m M Al(mal)3染毒组较生理盐水对照组标化f EPSP平均幅值降低41.0%;第60min,40m M Al(mal)3染毒组较生理盐水对照组标化f EPSP平均幅值降低45.1%。(4)各组大鼠海马神经元形态学观察结果:Golgi染色后可见,在手术对照组和生理盐水组,大鼠海马区神经元树突丰富,胞体饱满,轴突延伸较长,树突棘数量较多;麦芽酚铝染毒后,神经元出现萎缩,轴突分支减少,并出现断裂和串珠样改变现象,树突棘数量减少。油镜下进一步对海马区CA1区域的树突棘密度进行观察,手术对照较生理盐水对照组,树突棘密度略高,但差异无统计学意义,染铝组(40m M Al(mal)3)树突棘密度低于生理盐水对照和手术对照组,差异有统计学意义。而透射电镜观察结果显示,两对照组海马神经元细胞内线粒体结构完整,突触密集且形态良好,突触后密集带清晰可见,轴突中突触小泡丰富,树突中内质网和核糖体丰富;麦芽酚铝染毒组线粒体嵴出现断裂,并有明显的肿胀,树突内核糖体和内质网减少,突触结构破坏,前膜内小泡减少,突触后致密物变薄,轴突也可见不同程度水肿。(5)各组大鼠海马组织基因和蛋白表达结果比较:手术对照组与生理盐水对照组比较,m Glu R1和NMDAR各亚基m RNA表达均无统计学差异(P>0.05);麦芽酚铝染毒后,与生理盐水对照组比较,40m M Al(mal)3染毒组中m Glu R1 m RNA表达升高、NMDAR1 m RNA、NMDAR2A m RNA表达降低;NMDAR2B m RNA表达与生理盐水组比较无统计学差异(P>0.05)。而蛋白结果显示手术对照组与生理盐水对照组比较,m Glu R1和NMDAR各亚基蛋白表达均无统计学差异(P>0.05)。麦芽酚铝染毒后,与生理盐水对照组比,40m M Al(mal)3染毒组中m Glu R1、NMDAR1、NMDAR2A、NMDAR2B表达的变化与基因表达变化一致,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:1.职业铝接触工人血浆中的铝水平较高,且认知功能受到损伤。2.职业铝接触工人外周血淋巴细胞NMDAR1、NMDAR2A和m Glu R1蛋白表达量与血浆铝含量和Mo CA及其因子得分之间存在相关性。在血浆铝水平相对较高且认知功能相对较差的作业工人中观察到与记忆、情绪和情感相关的脑区ALFF指标出现了下降,神经元的自发活动性降低。3.动物实验研究表明,麦芽酚铝染毒后大鼠海马m Glu R1表达量升高,NMDAR1、NMDAR2A表达降低,与职业铝接触人群外周血水平变化一致,提示铝对认知功能的影响机制可能与铝对谷氨酸受体蛋白表达的影响有关。