镉是一种普遍存在的环境污染物,主要通过消化道和呼吸道进入机体,代谢缓慢,生物半衰期长。蓄积在体内的镉可对多种组织器官造成毒性损伤,肾脏是镉毒性作用的主要靶器官,肾小管是损伤的主要靶位点。长期镉暴露可以引起肾小管重吸收功能障碍,最终发生肾衰竭。褪黑素是松果体受昼夜节律调节而分泌的一种内源性激素,具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等多种生物学活性,因其副作用小,已在临床上应用于心血管疾病、糖尿病和神经内分泌相关疾病及其并发症的治疗。线粒体是真核细胞中重要的细胞器,线粒体分裂在线粒体稳态中发挥着重要作用。研究表明,褪黑素对疾病的保护作用与其调节线粒体功能密切相关。目前,褪黑素和线粒体分裂在镉致肾脏毒性过程中的研究较少。基于以上认识,本文以大鼠肾小管上皮细胞株和原代大鼠肾小管上皮细胞为材料,研究镉处理对大鼠肾小管上皮细胞SIRT1/PGC-1α通路、线粒体分裂和细胞凋亡的影响;在此基础之上,探究褪黑素是否通过缓解线粒体过度分裂和细胞凋亡在镉致肾脏损伤中发挥保护效应,为防治镉的毒性作用提供依据。1.镉对大鼠肾小管上皮细胞线粒体过度分裂及细胞凋亡的影响以大鼠肾小管上皮细胞株（NRK-52E cells）和原代大鼠肾小管上皮细胞（rPT cells）为材料,待细胞长至对数生长期时,用不同浓度的镉（0、1.25、2.5、5μM）处理大鼠肾小管上皮细胞12h,DCFH-DA探针法检测细胞ROS含量,QRT-PCR和蛋白免疫印迹法检测SIRT1、PGC-1α及线粒体分裂相关基因和蛋白表达,Mito-Tracker Red探针标记后激光共聚焦显微镜观察线粒体网状结构,DAPI染色后激光共聚焦显微镜观察细胞核形态学变化、Annexin V-FITC/PI双染流式细胞术检测细胞凋亡率。结果显示,与对照组相比,染镉组细胞ROS含量显著增加（P<0.01）;SIRT1、PGC-1α基因及蛋白表达水平显著降低（P<0.05或P<0.01）;Drp1基因表达水平无显著差异,但蛋白表达显著升高（P<0.05或P<0.01）,Fis1基因及蛋白表达水平均显著升高（P<0.05或P<0.01）;线粒体网状结构断裂,片段化散在分布;细胞凋亡水平升高,染色质分布不均、细胞核出现皱缩、溶解和凹陷等凋亡形态特征,细胞凋亡率显著上升（P<0.05或P<0.01）。表明低浓度镉长时间处理可能通过抑制SIRT1/PGC1α信号通路和诱导线粒体过度分裂引起大鼠肾小管上皮细胞凋亡。2.褪黑素在镉致大鼠肾小管上皮细胞线粒体过度分裂和凋亡中的保护作用褪黑素与镉共处理大鼠肾小管上皮细胞12h,采用CCK-8法检测细胞活力、相差显微镜观察细胞形态变化,DCFH-DA探针法检查细胞ROS含量,QRT-PCR和蛋白免疫印迹法检测SIRT1、PGC-1α及线粒体分裂相关基因和蛋白表达,Mito-Tracker Red探针标记后激光共聚焦显微镜观察线粒体网状结构,DAPI染色后激光共聚焦显微镜观察细胞核形态学变化、Annexin V-FITC/PI双染流式细胞术检测细胞凋亡率。结果显示,与单独染镉组相比,10～200μM褪黑素和镉共处理组细胞存活率显著升高（P<0.01）,细胞密度增加、皱缩细胞减少,ROS含量显著降低（P<0.05或P<0.01）;SIRT1、PGC-1α基因和蛋白表达水平显著升高（P<0.05或P<0.01）、Drp1、Fis1基因及蛋白表达水平显著降低（P<0.05或P<0.01）;线粒体网状结构损伤明显缓解,片段化程度降低;细胞核形态趋于正常,细胞凋亡率显著降低（P<0.05或P<0.01）。说明褪黑素可通过清除ROS提高细胞抗氧化能力缓解氧化应激,并且可能通过SIRT1/PGC-1α信号通路抑制线粒体过度分裂,进而阻断镉导致的细胞凋亡,从而对镉致大鼠肾小管上皮细胞损伤发挥保护效应。结论:低浓度镉长时间处理可引起大鼠肾小管上皮细胞ROS含量增多及线粒体过度分裂,线粒体分裂可受SIRT1/PGC-1α的负调控并参与镉诱导的大鼠肾小管上皮细胞凋亡。褪黑素可通过清除ROS提高细胞抗氧化能力缓解氧化应激,并且可通过SIRT1/PGC-1α信号通路抑制线粒体过度分裂,减少镉诱导的大鼠肾小管上皮细胞凋亡。