SO_2和BaP复合暴露诱导小鼠心脏线粒体损伤的分子机制初探

采用C57BL6小鼠作为模型,SO2(7 mg·m-3)动式吸入染毒28 d,每天染毒6 h;SO2吸入染毒开始后的第1~5 d,每天在SO2吸入染毒结束后对小鼠进行腹腔注射Ba P(40 mg·kg-1(b.w.)),1 d注射1次.吸入染毒结束后,采用荧光定量PCR技术检测小鼠心肌细胞中由核DNA(n DNA)编码的细胞色素C氧化酶亚基CO4和由线粒体DNA(mt DNA)编码的ATP合酶亚基ATP6,以及调控线粒体呼吸链组分的核转录因子PGC1-α、NRF1和mt TFA的mRNA水平;并采用Western blot技术检测上述3种线粒体调控基因的蛋白表达.结果发现,SO2和Ba P复合暴露后,小鼠心肌线粒体氧化磷酸化复合体亚基CO4和ATP6的mRNA表达水平均显著降低,调控基因PGC1-α、NRF1和mt TFA的mRNA和蛋白水平也显著降低.提示小鼠在SO2和Ba P复合暴露后,可能通过降低心肌中NRF1表达,影响其对mt TFA的调控,进一步抑制相关基因组的转录和翻译,最终可能导致小鼠心肌线粒体的氧化磷酸化功能受损,进而引发心血管疾病.     

抗氧化剂对二氧化硫诱导的大鼠心脏线粒体损伤的缓解作用

采用Wistar大鼠作为模型进行整体动物染毒,SO₂组动式吸入SO₂（7mg/m³）28d,每天4h;SO₂+NALC（N-乙酰半胱氨酸）组吸入同样条件的SO₂,且自SO₂染毒之日起隔天腹腔注射50mg/kg b.w.NALC,对照组吸入新鲜空气并注射生理盐水.采用荧光定量PCR技术检测心脏组织中氧化磷酸化复合体亚基CO1和ATP6以及核转录因子PGC1-α、NRF1、TFAM的mRNA转录水平;并采用Western blot技术检测3种线粒体调控基因的蛋白表达.结果发现,在吸入SO₂后,核转录因子PGC1-α、NRF1、TFAM的mRNA转录和蛋白表达水平显著降低,并且2种亚基CO1和ATP6的mRNA转录水平也显著下降,而抗氧化剂NALC处理能够明显缓解3种核转录因子及2种复合体亚基表达水平的下降.提示SO₂暴露通过下调PGC1-α、NRF1、TFAM表达来影响线粒体DNA的转录,干扰氧化磷酸化重要组分的合成,该过程发生机制可能与自由基的产生相关,而抗氧化剂的使用可有效缓解SO₂诱导的心脏线粒体损伤作用.     

香烟水溶性提取物对大鼠心肌线粒体的毒性

观察香烟水溶性提取物(CSE)和尼古丁对大鼠心肌线粒体的损伤作用.大鼠心肌线粒体分别与CSE或尼古丁于37℃温孵60min,结果表明,CSE明显降低线粒体细胞色素C氧化酶(COX)活性,呈剂量依赖性.但是ATPase活性不受影响.在线粒体呼吸活性受到抑制的同时,过氧化指标无明显变化.CSE对6.5mmol/L钙离子引起的线粒体肿胀反应具有抑制作用,但可加剧250mmol/L钙离子诱导的线粒体肿胀反应.维生素C对CSE造成的线粒体损伤无保护作用.未见尼古丁对体外大鼠心肌线粒体有毒性.CSE对心肌线粒体的损伤可能是由于它对呼吸酶活性的直接抑制作用而与氧自由基机制无关.尼古丁可能不是CSE损伤大鼠心肌线粒体的毒性成分.     

二氧化硫对大鼠离体心脏功能影响的机制研究

为了探讨二氧化硫(SO2)对心脏功能影响的机制,分别用10、300和1000μmol·L-1的SO2灌流大鼠离体心脏后,测定心脏组织中一氧化氮(NO)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和谷胱甘肽(GSH)含量以及心脏灌流液中肌酸激酶(CK)和乳酸脱氢酶(LDH)活性.结果表明,10、300和1000μmol·L-1的SO2均可使心脏组织中NO和MDA含量以及心脏灌流液中CK和LDH活性明显增加,而使SOD和GSH含量明显减少.较高浓度(300和1000μmol·L-1)的SO2可使心脏组织中Na+K+-ATP酶和Ca2+Mg2+-ATP酶活性明显下降.结论:SO2对大鼠离体心脏功能影响的作用机制与SO2对心脏组织的氧化损伤作用、心肌细胞膜Na+K+-ATP酶和Ca2+Mg2+-ATP酶活性降低及NO-cGMP信号转导通路有关.     

二氧化硫暴露对谷子幼苗气孔运动、脯氨酸代谢和抗氧化酶系统的影响

二氧化硫(SO_2)是一种有毒的大气污染物,主要经气孔进入植物体内.目前对于SO_2毒性的研究多集中在氧化损伤方面,关于SO_2对植物脯氨酸代谢的影响及相关分子机制的研究还很少.本文以谷子幼苗为材料,研究了不同浓度SO_2气体暴露对叶片气孔运动、脯氨酸代谢和抗氧化酶系统的影响.结果显示,10 mg·m~(-3) SO_2熏气对谷子幼苗的叶片形态、相对含水量、气孔开度、脯氨酸含量及抗氧化酶活性均无明显影响.30 mg·m~(-3) SO_2暴露24～72 h后,叶片出现明显的受损症状,相对含水量降低,叶面气孔开度减小;30 mg·m~(-3) SO_2熏气导致叶中脯氨酸含量显著增加,脯氨酸脱氢酶(PDH)活性明显升高.同时,长时间的SO_2胁迫可诱导SiPDH基因表达上调,而脯氨酸合成相关基因SiP5CS、SiP5CR表达受到明显抑制.此外,谷子幼苗暴露于30 mg·m~(-3) SO_2时,叶中超氧阴离子(O■)产生速率与对照相比显著提高,诱导超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强,从而将过氧化氢(H_2O_2)含量维持在正常水平.以上结果表明,SO_2对谷子的毒性效应具有浓度依赖性.高浓度SO_2暴露下,谷子能够通过控制气孔开放、调节脯氨酸代谢和抗氧化酶活性等过程来适应SO_2胁迫.     

二氧化硫吸入对大鼠脑组织细胞的氧化损伤作用

研究了低浓度二氧化硫(SO₂ ) 对大鼠中枢神经系统毒理作用的机理,以及SO₂ (28mg/m³)吸入对大鼠脑组织细胞抗氧化酶活性和脂质过氧化水平的影响.结果表明,SO₂吸入可引起超氧化物歧化酶(Cu、Zn-SOD)活性降低、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性升高、过氧化氢酶(CAT)活性无明显改变以及脑组织脂质过氧化水平显著升高.这些结果意味着SO2通过产生活性氧自由基引起脂质及其他生物大分子的氧化损伤,可能是低浓度SO₂毒理作用的机制之一.     

二氧化硫衍生物对小鼠心、肝、肺蛋白质的氧化损伤作用

研究了二氧化硫(SO2)衍生物--亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合物(分子比为3:1),对小鼠心、肝、肺中蛋白质的氧化损伤作用,探讨其分子作用机制.连续5 d对动物腹腔注射SO2衍生物,每天注射剂量为0、0.025、0.100、0.400 g·kg-1.用2,4-二硝基苯肼比色法测定不同器官组织中蛋白质羰基含量.结果表明,SO2衍生物染毒剂量为0.025、0.100 和0.400 g·kg-1时,小鼠心、肝、肺蛋白质羰基含量染毒组与对照组相比均呈现不同程度的增加,不同器官羰基含量增量大小的次序为:肝＞肺＞心;其染毒剂量与心、肝、肺蛋白质羰基含量之间存在明显的剂量效应关系(p＜0.05),线性拟合确定系数分别为0.894、0.893和0.903.由此认为,SO2衍生物可引起小鼠心、肝、肺组织蛋白质的氧化损伤,以及不同组织器官的蛋白质氧化损伤程度不同.     

DIDP通过线粒体-Caspase途径诱导昆明小鼠肝脏损伤的研究

为探究DIDP（Di-iso-decyl phthalate,邻苯二甲酸二异癸酯）对肝脏的影响及其可能的分子机制,以昆明小鼠为研究对象,选用Res（resveratrol,白藜芦醇）为抗氧化剂,分别设置对照组,0.15、1.5、15、150 mg/（kg·d）DIDP组,Res组,150 mg/（kg·d）DIDP+Res组,灌胃染毒9 d后,对小鼠肝脏切片进行HE染色观察,并检测ROS（reactive oxygen,活性氧）、GSH（glutathione,谷胱甘肽）、MDA（malondialdehyde,丙二醛）、Cyt-C（cytochromec,细胞色素C）、Caspase-3和血清中的ALT（alanine aminotransferase,丙氨酸氨基转移酶）含量.结果表明:与对照组相比,15、150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠血清中ALT含量极显著上升（P < 0.01）;HE染色结果显示,15、150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠出现肝细胞水肿、肝索紊乱、肝窦以及肝中央静脉扩张等现象;15、150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠肝脏ROS含量显著上升（P < 0.05）,GSH含量显著下降（P < 0.05）,150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠肝脏MDA含量极显著上升（P < 0.01）;1.5、15、150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠肝脏中c（Cyt-C）极显著上升（P < 0.01）;15、150 mg/（kg·d）DIDP组小鼠肝脏中Caspase-3表达量极显著上升（P < 0.01）.DIDP染毒剂量的增加对肝脏的各种损伤程度呈上升趋势,Res可减轻上述DIDP对肝脏造成的各种损伤.研究显示,15、150 mg/（kg·d）DIDP可诱导肝脏组织氧化应激水平上升,进而造成线粒体损伤,导致细胞凋亡,造成肝功能受损,因此,线粒体-Caspase途径可能是DIDP诱导肝脏损伤的潜在机制之一.      

六氯苯对离体鱼肝线粒体抗氧化酶的作用

采用差速离心法从鲫鱼肝脏中提取线粒体,用不同浓度(0,2,4,8,16,32mg/L)六氯苯对其体外染毒30min.测定线粒体超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,用聚丙烯酰胺凝胶电泳法分析其同工酶谱,并检测线粒体中丙二醛(MDA)含量.结果显示,SOD和GSH-Px活性及其同工酶的活性表达均呈现出低浓度六氯苯作用下被激活,高浓度六氯苯作用下被抑制的变化趋势.在高浓度六氯苯(32mg/L)作用下线粒体中MDA含量显著增加.说明六氯苯的毒性作用可能为一种自由基机制,即低浓度的六氯苯导致线粒体内活性氧自由基(ROS)生成量少量增加,SOD和GSH-Px及其同工酶活性由于氧化应激的诱导被激活;随着六氯苯浓度增加,线粒体内ROS生成量大量增加,并破坏了SOD和GSH-Px的抗氧化活性,导致其活力下降或丧失,自由基含量增加,线粒体脂质过氧化加剧.     

P450酶系对污染物的生物指示和催化降解机制

细胞色素P450酶系是广泛存在于不同生物体内的含有多种超家族CYP450血红素蛋白或相同结构域的一系列酶,是多组分电子传递链的终端氧化还原酶。最新研究发现,利用P450在生物体内的含量/活性与污染物浓度的定量响应关系可实现环境污染的早期预警和诊断,对环境污染的监测和预报具有重要意义。更重要的是,P450酶系被认为是生物对内源或外生污染物代谢途径的启动催化因子。P450的脱卤化、羧基化、脱烷基化、环氧化等催化作用在诱导污染物的分解代谢过程中起核心作用。本文综述了P450酶系的结构、催化过程和诱导抑制机理,分析了其在环境污染物的生物指示和催化降解中的应用进展,以便为利用P450进行环境预警和生物修复提供系统的理论和技术支持。     

二氧化硫及其衍生物对大鼠心肌细胞胶原蛋白表达的影响

以100μmol·L~(-1)亚硫酸氢钠对H9C2心肌细胞染毒不同时间(3,6,12,24 h),采用Wistar大鼠作为模型进行整体动物染毒,SO_2组动式吸入SO_2(7 mg·m~(-3))28 d,每天4 h;SO~(2+)NALC(N-乙酰半胱氨酸)组吸入同样条件的SO_2,且自SO_2染毒之日起隔天腹腔注射50 mg·kg-1(b.w.)NALC,对照组吸入新鲜空气并注射生理盐水.测定大鼠心脏组织和H9C2细胞内ROS含量;采用荧光定量PCR和Western blot分析I型胶原(Col1a1)和III型胶原(Col3a1)的mRNA转录和蛋白表达水平.结果显示SO_2及其衍生物引起的氧化应激显著增加了活性氧(ROS)的产生;SO_2及其衍生物不能诱导大鼠心脏组织和H9C2细胞中Col1a1和Col3a1 mRNA转录水平的显著改变,但Col1a1和Col3a1的蛋白表达水平显著升高;同时NALC可减少心脏组织中ROS的产生,有效抑制SO_2吸入后Col1a1和Col3a1蛋白表达的上升.提示SO_2吸入后可能通过产生ROS最终导致胶原蛋白表达的增加.     

二氧化硫对小鼠不同组织器官的氧化损伤作用

对小鼠进行SO2染毒处理，测定吸入SO2后6种脏器（脑、肺、心、肝、脾、肾）的抗氧伦酶活性及抗氧化物质（GSH）和脂质过氧化作用（LPO）的水平。结果表明，（1）SO2吸入引起所有所试脏器抗氧化酶、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH－Px）活性降低，GSH含量下降及脂质过氧化作用升高。（2）SO2对不同脏器引起的氧化损伤程度不同，存在器官差异，尤其以脑、心、肝、肺更为严重。（3）雌、雄有一定差别。由此得出结论：（1）通过过氧自由基引起组织细胞的氧化损伤可能是SO2毒理作用的主要机制；（2）SO2是一种全身性毒物，它可能引起多种组织器官损伤和疾病。     

二氧化硫和铅联合染毒对小鼠遗传物质的损伤

运用单细胞凝胶电泳技术研究了SO₂和醋酸铅亚急性联合染毒对雄性小鼠脑、肺、脾、肾细胞DNA的损伤.结果表明,在42mg/m³ SO₂和0.2%醋酸铅单独及联合作用下,小鼠脑、肺、肾、脾细胞DNA迁移距离均比对照组显著增加,而且铅可以加剧SO₂对脑、肾、脾细胞核DNA的损伤程度;SO₂对肺细胞核DNA的损伤程度要比铅的损伤大,小鼠肺细胞核DNA迁移距离在SO₂和醋酸铅联合作用组与醋酸铅单独作用组间有极显著性差异(P<0.01),而与SO₂单独作用组间没有显著性差异.SO₂和醋酸铅均可引起小鼠组织细胞的DNA损伤,它们对脑、肺、脾、肾的损伤程度不同,在一定条件下存在明显的协同效应,可以增强彼此的毒性作用.这意味着SO₂和铅均有引起哺乳动物细胞基因突变的潜在危险,大气SO₂污染与铅的污染可能加剧某些疾病的发生与发展.     

SO2体内衍生物对人血红细胞的氧化损伤及其防护

为了探讨二氧化硫(SO2)对哺乳类细胞的毒性作用及其防护.以SO2体内衍生物-亚硫酸盐和亚硫酸氢盐(分子比为3∶1)及抗坏血酸(维生素C,Vc)单独或同时处理人血红细胞,并测定红细胞过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及脂质过氧化(LPO)水平.结果表明,SO2体内衍生物单独处理后,CAT和SOD活性均显著甚至极显著降低,而LPO水平均极显著升高.Vc单独处理后,CAT及SOD活性均有所升高,但差异不显著;而LPO水平除Vc为0.05 mmol·L-1剂量组外,其余各组均极显著降低.0.1 mmol·L-1Vc和不同剂量SO2衍生物共同处理后,Vc使各组CAT、SOD活性均有升高,且Vc也降低了SO2衍生物引起的人血红细胞LPO水平.由此认为,SO2体内衍生物可以使人血红细胞中CAT和SOD的活性降低、LPO水平增高,Vc可起到一定防护作用.     

Knudsen cell and smog chamber study of the heterogeneous uptake of sulfur dioxide on Chinese mineral dust

The heterogeneous uptake processes of sulfur dioxide on two types of Chinese mineral dust（Inner Mongolia desert dust and Xinjiang sierozem） were investigated using both Knudsen cell and smog chamber system. The temperature dependence of the uptake coefficients was studied over a range from 253 to 313 K using the Knudsen cell reactor, the initial uptake coefficients decreased with the increasing of temperature for these two mineral dust samples, whereas the steady state uptake coefficients of the Xinjiang sierozem increased with the temperature increasing, and these temperature dependence functions were obtained for the first time. In the smog chamber experiments at room temperature, the steady state uptake coefficients of SO2 decreased evidently with the increasing of sulfur dioxide initial concentration from 1.72 × 1012 to 6.15 × 1012mol/cm3. Humid air had effect on the steady state uptake coefficients of SO2 onto Inner Mongolia desert dust.Consequences about the understanding of the uptake processes onto mineral dust samples and the environmental implication were also discussed.