镉在肝脏和睾丸中的分布及与金属硫蛋白的关系
作者：徐莉春 王沭沂 赵人琤 杨小芳 俞萍 王心如
单位：南京医科大学应用毒理重点实验室，210029
关键词：
卫生毒理学杂志000216 金属硫蛋白(MT)是一种低分子量的金属结合蛋白，可诱导MT的生物合成。进入体内的镉与MT结合，一方面与镉在各组织器官中的分布有关，另一方面也可缓解镉的毒性效应。本次研究主要观察镉在肝脏和睾丸中的分布及其与MT的关系。
1 材料与方法
1.1 材料 氯化镉(CdCl2.2.5H2O)，分析纯，天津化学试剂厂生产；三羟甲基氨基甲烷(Tris)，进口分装。
1.2 实验动物及处理 健康成年雄性Sprague-Dawley大鼠24只，体重250～300 g，购于上海动物研究中心。随机分为对照组和染毒组，每组6只。低、中、高剂量组分别腹腔注射用生理盐水配制的CdCl2*2.5H2O溶液(按镉计0.2、0.4和0.8 mg/kg体重)，对照注射等量的生理盐水，每天注射1次。7 d后采集动物血液，抗凝，将动物处死后分离肝脏和睾丸。
, 百拇医药
1.3 检测指标和方法
1.3.1 血液、肝脏和睾丸中镉的测定 量取一定体积的血液或称取一定重量的肝脏和睾丸实质，应用高氯酸-硝酸混合消解液消化后，采用火焰原子吸收分光光度法测定样品中镉离子的含量。
1.3.2 肝脏和睾丸中MT含量的测定 称取一定重量的肝脏和睾丸实质，剪碎。按1∶4(g∶ml)的比例向睾丸中加入Tris-HCl(pH 8.7)缓冲液，4 ℃下制成匀浆。并于4 ℃，15 000 g高速离心1 h 30 min。取上清0.2 ml。加入10 μg/ml的镉溶液1.0 ml及Tris-HCl缓冲液2.2 ml，室温放置10 min。以上操作参考杨森等[1]的方法。
1.3.3 睾丸精子头计数 取大鼠睾丸的一部分，称重后匀浆。将匀浆加到血球计数板的样品槽中，参考Blazak等[2]的方法进行精子头计数，并计算每日精子生成量。
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1.4 统计方法 所有数据均以
±s表示，用SPSS 8.0统计软件处理，显著性检验采用两因素方差分析，并两两比较。
2 结果
2.1 镉在大鼠肝脏和睾丸中的分布情况 镉在各组大鼠肝脏和睾丸中的分布情况如表1。镉染毒后，血液、肝脏和睾丸中的镉含量均显著升高，具有明显的剂量-反应关系，其中肝脏中镉升高幅度较大。在相同染毒剂量组，睾丸中镉的含量明显低于肝脏。
表1 大鼠血液、肝脏和睾丸中镉的含量(±s) 剂量组
(mg/kg)
血液
, http://www.100md.com
(μg/ml)
肝脏
(μg/g)
睾丸
(μg/g)
0.2
0.14±0.034**
19.07±2.22**##
0.52±0.064**
0.4
0.20±0.026**
, 百拇医药
47.44±6.11**##
0.55±0.075**
0.8
0.31±0.076**
88.19±5.32**##
1.91±0.094**
对照组
0.039±0.010
0.076±0.013
0.19±0.063
, 百拇医药
与对照组比较，**P<0.01；与同组睾丸中镉含量比较，##P<0.012.2 肝脏和睾丸中MT的变化 镉染毒后肝脏中MT含量明显升高，在0.8 mg/kg剂量组肝脏MT含量比对照组高40倍。睾丸中MT含量在0.4 mg/kg剂量组明显高于对照组，但随着染毒剂量的进一步加大，0.8 mg/kg剂量组睾丸中MT含量反而明显降低。各剂量组肝脏中MT含量均显著高于相应组睾丸中MT含量(表2)。
表2 大鼠肝脏和睾丸中MT的变化情况(±s) 剂量组
(mg/kg)
肝脏
(μg/g)
睾丸
, http://www.100md.com
(μg/g)
0.2
363.4±23.7**##
91.0±12.9
0.4
649.6±96.0**##
145.4±11.0**
0.8
961.8±66.0**##
31.7± 8.20**
, 百拇医药
对照组
23.1± 6.39
75.8±14.1
与对照组比较，**P<0.01；与同组睾丸中MT比较，##P<0.012.3 肝脏和睾丸中镉含量与MT的相关关系 将肝脏和睾丸组织中的镉含量与相应的MT含量作相关分析。二者在肝脏中呈明显正相关，相关系数为0.98，P<0.05，在睾丸中没有发现MT与镉的相关关系。
2.4 睾丸中MT与每日精子生成量的关系 镉染毒后睾丸中MT与每日精子生成量的变化如图1所示，低、中剂量组每日精子生成量无明显降低，高剂量组降低显著。高剂量组MT含量与每日精子生成量呈现一致性变化。
, 百拇医药 图1 睾丸中MT含量与每日精子生成量的变化
3 讨论
目前研究认为，镉在动物体内的蓄积有较强的选择性，肝和肾是主要的蓄积器官[3]。本研究结果表明，镉在睾丸中也有蓄积，但镉对睾丸的危害程度不如肝脏明显，表现为镉染毒后，肝脏中镉的含量明显高于睾丸中镉含量。
许多重金属元素如锌、铜、汞和镉等均能诱导MT的生物合成[4]，一般认为，MT对金属的高度亲合力，是引起镉在体内蓄积的主要原因[5，6]，而MT在胞浆内与镉结合，降低了镉与细胞内其他重要细胞器亲合的能力，又起到了缓解镉的毒性效应[7]。本研究发现，各染毒剂量组肝脏和睾丸中MT含量的变化各不相同。表现为镉染毒后肝脏中MT含量升高幅度较大，并明显高于睾丸中MT的含量。睾丸中MT的变化与肝脏有极大差异，较低剂量的镉虽可诱导睾丸中MT的合成，但诱导作用较弱，MT的升高幅度较小。随着镉染毒剂量的加大，高剂量组MT的含量反而显著降低。说明镉诱导肝脏合成MT的能力高于对睾丸的诱导。对肝脏和睾丸中的MT和镉含量进行相关分析时显示，镉在肝脏中的分布与MT的含量呈明显正相关。MT在一定程度上决定了镉在肝脏中的分布，是镉在肝脏中蓄积较多的重要原因。在本研究中没有发现睾丸中镉与MT含量的直线相关关系，在高剂量组由于镉的细胞毒性造成精子细胞大量死亡，导致MT的合成受到影响，所以出现睾丸中MT含量显著降低而镉含量显著升高的现象。 研究表明睾丸毒物处理后的动物，其精子数量通常下降，因此应用睾丸精子头计数或测定每日精子生成量，可以定量地反映生精细胞的死亡[2]。睾丸对镉的作用较为敏感，是镉毒性效应的重要靶器官[8]。本次研究中高剂量组由于MT的含量显著降低，与镉结合的能力受到极大限制，进入睾丸中的镉大部分以游离镉的形式存在，从而产生广泛的睾丸毒性效应，表现为睾丸精子头计数和每日精子生成量显著降低。本研究中观察到高剂量组睾丸中MT与每日精子生成量的一致性变化，可能是生精细胞死亡的反映。
, http://www.100md.com
总之，MT是影响镉毒性作用的重要因素，它在一定程度上决定了镉在体内各器官中的分布，并可能与睾丸对镉作用的敏感性有关。
本课题受国家自然科学基金资助(39640006)
参考文献
[1] 杨森，戴建国，陈景衡.钙和镉对金属硫蛋白在小鼠肝合成中的影响，卫生毒理学杂志，1996，10：4-5.
[2] Blazak WF,Treinen KA,Juniewicz PE. Application of testicular sperm head counts in the assessment of male reproductive toxicity.Methods Toxicol,1993,3A:86-94.
[3] Bernard A,Lauwerys R.Handbook of Experimental Pharmacology.80,1st Berlin:Springer-Verlag,1986.141-150.
, 百拇医药
[4] Hamer DH.Metallothionein.Annu Rev Biochem，1986,55:913-917.
[5] Liu J,Liu Y, Michalska AE,et al. Distribution and retention of cadmium in metallothionein Ⅰ and Ⅱ null mice. Toxicol Appl Pharmacol，1996,136:260-264.
[6] Tohyma C,Satoh M,Kodama N,et al.Reduced retention of cadmium in the liver of metallothionein.Environ Toxicol Pharmacol，1996,1:213-218.
[7] Liu YP,Liu J,Marcus B,et al.Transgenic mice that overexpress metallothionein-Ⅰ are protected from cadmium lethality and hepatoxicity，Toxicol Appl Pharmacol,1995,135:222-225.
[8] 朱心强，黄幸纾.镉对大鼠肾脏和睾丸毒性比较.中国药理学与毒理学杂志，1992，6：151-154.
(收稿日期：1999-07-23), http://www.100md.com
单位：南京医科大学应用毒理重点实验室，210029
关键词：
卫生毒理学杂志000216 金属硫蛋白(MT)是一种低分子量的金属结合蛋白，可诱导MT的生物合成。进入体内的镉与MT结合，一方面与镉在各组织器官中的分布有关，另一方面也可缓解镉的毒性效应。本次研究主要观察镉在肝脏和睾丸中的分布及其与MT的关系。
1 材料与方法
1.1 材料 氯化镉(CdCl2.2.5H2O)，分析纯，天津化学试剂厂生产；三羟甲基氨基甲烷(Tris)，进口分装。
1.2 实验动物及处理 健康成年雄性Sprague-Dawley大鼠24只，体重250～300 g，购于上海动物研究中心。随机分为对照组和染毒组，每组6只。低、中、高剂量组分别腹腔注射用生理盐水配制的CdCl2*2.5H2O溶液(按镉计0.2、0.4和0.8 mg/kg体重)，对照注射等量的生理盐水，每天注射1次。7 d后采集动物血液，抗凝，将动物处死后分离肝脏和睾丸。
, 百拇医药
1.3 检测指标和方法
1.3.1 血液、肝脏和睾丸中镉的测定 量取一定体积的血液或称取一定重量的肝脏和睾丸实质，应用高氯酸-硝酸混合消解液消化后，采用火焰原子吸收分光光度法测定样品中镉离子的含量。
1.3.2 肝脏和睾丸中MT含量的测定 称取一定重量的肝脏和睾丸实质，剪碎。按1∶4(g∶ml)的比例向睾丸中加入Tris-HCl(pH 8.7)缓冲液，4 ℃下制成匀浆。并于4 ℃，15 000 g高速离心1 h 30 min。取上清0.2 ml。加入10 μg/ml的镉溶液1.0 ml及Tris-HCl缓冲液2.2 ml，室温放置10 min。以上操作参考杨森等[1]的方法。
1.3.3 睾丸精子头计数 取大鼠睾丸的一部分，称重后匀浆。将匀浆加到血球计数板的样品槽中，参考Blazak等[2]的方法进行精子头计数，并计算每日精子生成量。
, 百拇医药
1.4 统计方法 所有数据均以
±s表示，用SPSS 8.0统计软件处理，显著性检验采用两因素方差分析，并两两比较。2 结果
2.1 镉在大鼠肝脏和睾丸中的分布情况 镉在各组大鼠肝脏和睾丸中的分布情况如表1。镉染毒后，血液、肝脏和睾丸中的镉含量均显著升高，具有明显的剂量-反应关系，其中肝脏中镉升高幅度较大。在相同染毒剂量组，睾丸中镉的含量明显低于肝脏。
表1 大鼠血液、肝脏和睾丸中镉的含量(
±s) 剂量组(mg/kg)
血液
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(μg/ml)
肝脏
(μg/g)
睾丸
(μg/g)
0.2
0.14±0.034**
19.07±2.22**##
0.52±0.064**
0.4
0.20±0.026**
, 百拇医药
47.44±6.11**##
0.55±0.075**
0.8
0.31±0.076**
88.19±5.32**##
1.91±0.094**
对照组
0.039±0.010
0.076±0.013
0.19±0.063
, 百拇医药
与对照组比较，**P<0.01；与同组睾丸中镉含量比较，##P<0.012.2 肝脏和睾丸中MT的变化 镉染毒后肝脏中MT含量明显升高，在0.8 mg/kg剂量组肝脏MT含量比对照组高40倍。睾丸中MT含量在0.4 mg/kg剂量组明显高于对照组，但随着染毒剂量的进一步加大，0.8 mg/kg剂量组睾丸中MT含量反而明显降低。各剂量组肝脏中MT含量均显著高于相应组睾丸中MT含量(表2)。
表2 大鼠肝脏和睾丸中MT的变化情况(
±s) 剂量组(mg/kg)
肝脏
(μg/g)
睾丸
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(μg/g)
0.2
363.4±23.7**##
91.0±12.9
0.4
649.6±96.0**##
145.4±11.0**
0.8
961.8±66.0**##
31.7± 8.20**
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对照组
23.1± 6.39
75.8±14.1
与对照组比较，**P<0.01；与同组睾丸中MT比较，##P<0.012.3 肝脏和睾丸中镉含量与MT的相关关系 将肝脏和睾丸组织中的镉含量与相应的MT含量作相关分析。二者在肝脏中呈明显正相关，相关系数为0.98，P<0.05，在睾丸中没有发现MT与镉的相关关系。
2.4 睾丸中MT与每日精子生成量的关系 镉染毒后睾丸中MT与每日精子生成量的变化如图1所示，低、中剂量组每日精子生成量无明显降低，高剂量组降低显著。高剂量组MT含量与每日精子生成量呈现一致性变化。
, 百拇医药 图1 睾丸中MT含量与每日精子生成量的变化
3 讨论
目前研究认为，镉在动物体内的蓄积有较强的选择性，肝和肾是主要的蓄积器官[3]。本研究结果表明，镉在睾丸中也有蓄积，但镉对睾丸的危害程度不如肝脏明显，表现为镉染毒后，肝脏中镉的含量明显高于睾丸中镉含量。
许多重金属元素如锌、铜、汞和镉等均能诱导MT的生物合成[4]，一般认为，MT对金属的高度亲合力，是引起镉在体内蓄积的主要原因[5，6]，而MT在胞浆内与镉结合，降低了镉与细胞内其他重要细胞器亲合的能力，又起到了缓解镉的毒性效应[7]。本研究发现，各染毒剂量组肝脏和睾丸中MT含量的变化各不相同。表现为镉染毒后肝脏中MT含量升高幅度较大，并明显高于睾丸中MT的含量。睾丸中MT的变化与肝脏有极大差异，较低剂量的镉虽可诱导睾丸中MT的合成，但诱导作用较弱，MT的升高幅度较小。随着镉染毒剂量的加大，高剂量组MT的含量反而显著降低。说明镉诱导肝脏合成MT的能力高于对睾丸的诱导。对肝脏和睾丸中的MT和镉含量进行相关分析时显示，镉在肝脏中的分布与MT的含量呈明显正相关。MT在一定程度上决定了镉在肝脏中的分布，是镉在肝脏中蓄积较多的重要原因。在本研究中没有发现睾丸中镉与MT含量的直线相关关系，在高剂量组由于镉的细胞毒性造成精子细胞大量死亡，导致MT的合成受到影响，所以出现睾丸中MT含量显著降低而镉含量显著升高的现象。 研究表明睾丸毒物处理后的动物，其精子数量通常下降，因此应用睾丸精子头计数或测定每日精子生成量，可以定量地反映生精细胞的死亡[2]。睾丸对镉的作用较为敏感，是镉毒性效应的重要靶器官[8]。本次研究中高剂量组由于MT的含量显著降低，与镉结合的能力受到极大限制，进入睾丸中的镉大部分以游离镉的形式存在，从而产生广泛的睾丸毒性效应，表现为睾丸精子头计数和每日精子生成量显著降低。本研究中观察到高剂量组睾丸中MT与每日精子生成量的一致性变化，可能是生精细胞死亡的反映。
, http://www.100md.com
总之，MT是影响镉毒性作用的重要因素，它在一定程度上决定了镉在体内各器官中的分布，并可能与睾丸对镉作用的敏感性有关。
本课题受国家自然科学基金资助(39640006)
参考文献
[1] 杨森，戴建国，陈景衡.钙和镉对金属硫蛋白在小鼠肝合成中的影响，卫生毒理学杂志，1996，10：4-5.
[2] Blazak WF,Treinen KA,Juniewicz PE. Application of testicular sperm head counts in the assessment of male reproductive toxicity.Methods Toxicol,1993,3A:86-94.
[3] Bernard A,Lauwerys R.Handbook of Experimental Pharmacology.80,1st Berlin:Springer-Verlag,1986.141-150.
, 百拇医药
[4] Hamer DH.Metallothionein.Annu Rev Biochem，1986,55:913-917.
[5] Liu J,Liu Y, Michalska AE,et al. Distribution and retention of cadmium in metallothionein Ⅰ and Ⅱ null mice. Toxicol Appl Pharmacol，1996,136:260-264.
[6] Tohyma C,Satoh M,Kodama N,et al.Reduced retention of cadmium in the liver of metallothionein.Environ Toxicol Pharmacol，1996,1:213-218.
[7] Liu YP,Liu J,Marcus B,et al.Transgenic mice that overexpress metallothionein-Ⅰ are protected from cadmium lethality and hepatoxicity，Toxicol Appl Pharmacol,1995,135:222-225.
[8] 朱心强，黄幸纾.镉对大鼠肾脏和睾丸毒性比较.中国药理学与毒理学杂志，1992，6：151-154.
(收稿日期：1999-07-23), http://www.100md.com