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编号:10505419
实验性铅中毒对小鼠海马nNOS基因表达的影响
http://www.100md.com 《解剖学报》 2000年第0期
     作者:丁斐 顾晓松 徐炜岚 陈峰

    单位:丁斐(南通医学院卫生毒理学教研室);顾晓松 徐炜岚(神经科学研究所);陈峰(统计学教研室,南 通226001)

    关键词:神经源性一氧化氮合酶;铅;海马;小鼠

    解剖学报00zk18

    【摘要】目的 观察实验性铅中毒对小鼠海马神经元性一氧化氮合 酶(nNOS)基因表达的影响,探讨铅致学习记忆损害的分子毒理学机制。 方法 采用RT-PCR方法, 半定量分析正常及铅染毒2、4、8周小鼠海马nNOS基因表达的变化。 结果 nNOS mRNA存在于正 常小鼠海马组织中;铅染毒后2周,海马nNOS mRNA的含量显著减少;随着染毒时间的增加, 海马nNOS mRNA的含量进一步逐渐下降。 结论 铅可影响海马nNOS基因 的表达,其表达量随染毒时间的增加而呈指数下降趋势。
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    【中图分类号】R153.1 【文献标识码】A 【文章编号】0529-1356(2000)增-69

    THE EFFECT OF THE EXPERIMENTAL LEAD EXPOSURE ON EXPRESSION OF nNOS mRNA IN THE MOUSE HIPPOCAMPUS

    DING Fei

    (Department of Hygienic Toxicology,)

    GU Xiao-song,XU Wei-lan

    (Institute of Neuroscience,)

    CHEN Feng

, 百拇医药     (Stat istical Department,Nantong Medical College,Nantong 226001,China)

    【Abstract】Objective To study the effects of lead exposure on expression of nNOS gene in the mouse hippocampus,and to investigate the molec ular toxicological mechanism affected on the learning and remember by lead expos ure .Methods Using the reverse transcription-polymerase chain rea ction (RT-PCR)metho d,as a hamipuantity assay,nNOS mRNA levels in the hippocampus of normal and lead e xposure two,four,eight weeks mice were investigated.Results nN OS mRNA presented in the normal mouse hippocampus,nNOS mRNA levels in the hippocampus were markedl y d ecreased by lead exposure two weeks and gradually further decreased with lead ex posure time increasing.Conclusion Lead can affect the expression of nNOS gene in the mouse hippocampus with a decrease in a index way following the time of lead exposure.
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    【Key words】nNOS;Lead;Hippocampus; Mouse 铅是一种普遍存在于环境中的金属元素,可对神经系统产生显著的毒性作用,尤其是作用于中枢神经系统,可引起接触者学习、记忆的缺陷[1]。海马是哺乳类动物学习和记忆的重要脑区,海马区的长时程增强(long-term potentiation,LTP)现象与记忆过程密切相关[2]。研究表明,海马是铅损害的主要靶器官,铅可显著降低海马脑片LTP的幅度,甚至抑制LTP的产生[3]。一氧化氮(NO)是结构简单的气体分子,作为一种逆行信使在LTP形成和调节神经递质释放方面发挥了重要的作用[2,4]。本研究采用PT-PCR法,半定量分析铅染毒后小鼠海马神经元性一氧化氮合酶(nNOS)基因表达的变化,探讨铅对海马NO合成的影响。

    材料和方法

    1.动物和试剂
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    3周龄健康ICR小鼠(由南通医学院实验动物中心提供)32只,随机分成4组,其中1组为实验对照组,以双蒸馏水自由饮服;另3组为染毒组,分别用0.5%醋酸铅染毒2、4、8周。

    Taq DNA聚合酶、Trizol试剂、SupersScriptTMPreamlification System for First Strand cDNA Synthesis Kit购自GibcoBRL公司。一般化学试剂购自上海试剂公司。

    2.引物合成

    按nNOS基因序列,由中国科学院上海植物生理研究所合成2个寡核苷酸引物,引物序列为:引物1:5’-GCGGAGCAGAGCGGCCTTAT-3’;引物2:5’-TTTGGTGGGTGTCCCCAGGG-3’。其编码区为252~271和471~491,预期扩增产物长度240 bp。以(甘油醛-3-磷酸脱氢酶)G3PD作为内参,引物序列为:引物1:5’-ACCACAGTCCATGCCATCAC-3’;引物2:5’-TCCACCACCCTGTTGCTGTA-3’。预期扩增产物长度452 bp。
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    3.血铅浓度测定

    经眼眶静脉丛取血,采用原子吸收分光光度法分别测定染毒组和正常对照组小鼠血铅浓度。

    4.总RNA提取

    采用Trizol试剂分别提取染毒组和正常对照组小鼠海马组织总RNA。每个样品均经甲醛变性胶电泳检测其RNA完整性。采用紫外分光光度法,检测各样品中总RNA的含量。

    5.第一链cDNA合成

    分别取正常及染毒组小鼠海马组织RNA各5μg,加入10μmol/L Oligo(dT)12~18 lμl,焦碳酸二乙酯水适量,使总体积达12μ1,于70℃加热10min,冰浴2min。再依次加入:10×PCR 缓冲液2μ1,25mmol/L MgC122μl,10mmol/L dNTPmix(含dATP、 dCTP、 dGTP、 dTTP各10mmol/L)1μ1,0.1mol/L二硫苏糖醇 (DDT)2μ1。轻轻混匀后于42℃孵育5min,加入SuperScript II反转录酶1μ1(2×108IU/L),42℃孵育50min。70℃加热15min,终止反应。置-20℃保存备用。
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    6.PCR

    以第一链cDNA 2μ1为模板,依次加入nNOS引物(10pmol/L)各1μ1,2mmol/L dNTPmix(含 dATP dCTP dGTP dTTP各2mmol/L)2μ1,10×PCR 缓冲液5μ1,双蒸馏水34.5μ1,95℃预变性3min后,加入Taq DNA聚合酶0.5μ1(5×106IU/L),反应总体系为50μ1。PCR反应条件为:95℃变性40S,57℃退火40s,72℃延伸40s,循环32次,每个反应体系中,均加入G3PD的一对引物(10pmol/L)各1μ1作为PCR扩增的内参。以1.5%琼脂糖凝胶电泳检测nNOS扩增产物(240bp)和G3PD扩增产物(452bp)。经凝胶图像分析系统,对RT-PCR产物的电泳条带进行密度分析。为了减少误差,将对照组及染毒组各自nNOS和G3PD的PCR产物量之比值来表示实验结果。

    7.统计分析
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    组间比较用方差分析及Q检验;染毒时间对nNOS mRNA的影响用曲线拟合(curve fitting)。所有分析采用Stata统计软件[5]

    结 果

    与对照组相比,铅染毒2、4、8周后,小鼠血铅浓度显著升高(与对照组相比,P<0.01)。nNOS mRNA存在于正常小鼠海马组织中,铅染毒后2、4、8周,nNOS mRNA的含量显著下降(与对照组相比,P<0.01)。结果见附表和图1。海马组织中nNOS mRNA含量随染毒时间的增加呈指数下降趋势,估计方程为:=22.4172+21.7808×e-0.2474t,方程的拟合度R2=0.9968,拟合优度的检验:F=2021.92,P<0.0001。小鼠以0.5%醋酸铅染毒后,海马组织nNOS mRNA的平均下降速率为24.74%/周(95%可信区间:21.86%~27.91%)。结果见图2。
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    附表 铅染毒对小鼠血铅及海马组织nNOS mRNA的影响

    Table The effect of lead exposure on the concentration of

    blood and the nNOS mRNA in hippocampus of mouse 组别

    血铅浓度

    nNOS/G3PD

    group

    lead concentration

    ×100%

    of blood (μmol/L)
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    正常对照组

    0.16±0.05

    44.05±2.12

    control group

    铅染毒2周

    5.28±1.65

    36.21±1.97

    expose lead 2 weeks

    铅染毒4周

    8.77±2.12

    29.96±1.40
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    expose lead 4 weeks

    铅染毒8周

    14.90±3.67

    25.59±1.10

    expose lead 8 weeks

    注:两组相比,P<0.05;其余各组两两相比,P<0.01

    compared with each other P<0.05;others P<0.01

    图1 铅对小鼠海马nNOS mRNA的影响
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    M.DNA标准品(DL-2000),1.正常海马,2.铅染毒2周海马,3.铅染毒4周海马,4.铅染毒8周海马

    Fig.1 The effect of lead exposure on nNOS mRNA in morse hippocampus.

    M,DL-2000 DNA marker,1.Normal Hippocampus.

    2,Hippocampus Exposed lead 2 Weeks

    3,Hippocampus Exposes lead 4 Weeks

    4,Hippocampus Exposed lead 8 Weeks
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    图2 铅染毒时间对海马nNOS基因表达的影响

    Fig.2 The effect of lead exposure time on the expression of nNOS gene in hippocampus.

    讨 论

    海马是哺乳动物学习和记忆的重要结构区。Teyler[2]的海马记忆编目理论认为,海马贮存着一个其他脑区的位置图,海马设置新皮层和其他脑结构的功能单位。新来的经验信息经过皮层的适当加工,便以一个皮层模块的组件登记在不同的皮层区。这些信息可集中至海马的特定部位,在那里完成LTP的形成,即通过此特定部位的海马LTP,编出皮层模块索引。由于这些突触产生LTP,海马编目活动将被易化,易化的海马输出可反馈于新皮层。当经历的事件再次出现而被新皮层识别时,由于海马-新皮层的双向相互连结,能使编目于海马的新皮层模式块的列阵再激活,从而产生记忆。因此,海马区的LTP现象与记忆过程密切相关,是突触部位传递效能增加的一种表现形式,也是突触可塑性的一个功能指标。
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    NO虽然是结构简单的气体分子,但在中枢神经系统中可作为信息传递物质发挥重要的作用,在海马内主要影响学习和早期记忆功能。催化NO合成的酶称为NOS,目前已确定的NOS亚型有3种,分别为:神经元型(nNOS)、诱导型(iNOS)、内皮型(eNOS)。其中nNOS在中枢神经系统中的分布最广,中枢的NO主要来源于神经元。与经典的突触传递过程不同,NO合成后并不贮于突触小泡,不以“胞裂外排”的方式释放,也无专门的NO“受体”。NO合成后直接以扩散方式到达邻近细胞,在靶细胞内起作用。在LTP的发生过程中,NO这个易扩散、不稳定的分子作为逆向传递物质来调节突触传递的速度。目前认为,在LTP的形成过程中谷氨酸激活N-甲基-D-天冬氨酸(NMAD)受体通道后,Ca2+进入突触后膜,激活NOS,生成的NO从突触后扩散到突触前激活鸟苷酸环化酶或二磷酸腺苷-核糖转移酶,然后通过多种途径使突触前神经递质释放增加,从而增强突触传导。研究发现,。NOS抑制剂可引起学习能力的缺陷。这意味着阻断了NO的合成,机体正常的学习过程就受影响[2,4]
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    铅可对神经系统产生显著的毒性作用,海马是其脑损害的主要靶区[3,6]。研究表明,铅可抑制动物胚胎海马神经元轴突的生长,使突触可塑性下降[7];并能影响细胞Ca2+的代谢,抑制神经细胞依赖性Ca2+通道[8]。发育早期铅接触,可使海马神经元胞质蛋白激酶K(PKC)的活性下降,从而影响神经递质的释放[9]。铅还可以抑制发育早期海马神经元兴奋性NMDA通道及其受体[10],显著降低海马脑片LTP幅度甚至抑制LTP的形成[3]。铅所导致的学习记忆缺陷,与海马的受损密切相关。本研究结果表明,铅可影响海马组织中nNOS mRNA,随染毒时间的延长nNOS mRNA含量呈指数下降趋势。提示铅可从DNA的转录或复制水平影响nNOS基因的表达。由于NOS表达量减少,必将导致NO生成减少,从而影响海马LTP的形成。铅对海马nNOS基因表达的影响,很可能是其引起学习记忆缺陷的分子神经毒理学机制之一。
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    【基金项目】国家自然科学基金资助项目(39425006)

    【作者简介】丁斐(1958),女(汉族),江苏南通市人,硕士,副教授

    参考文献

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    【收稿日期】2000-07-04 【修回日期】2000-07-30, 百拇医药