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编号:10259792
二甲苯对不同年龄大鼠脑组织形态学及神经细胞凋亡的影响
http://www.100md.com 《中华劳动卫生职业病杂志》 1999年第4期
     作者:王秀玲 金锡鹏 丁保卿

    单位:王秀玲 现为中国预防医学科学院博士后 金锡鹏200032 上海医科大学劳动卫生学教研室;丁保卿 甘肃玉门油田石油管理局职业病防治所

    关键词:二甲苯;形态学;凋亡

    中华劳动卫生职业病杂志/990405

    摘要 目的 探讨年龄对二甲苯神经毒作用的影响。方法 采用HE染色法和TUNEL技术对不同月龄大鼠的脑组织病理形态学和神经细胞凋亡情况进行了研究。结果 二甲苯500 mg/kg染毒后,2月龄组较8月龄组大鼠脑组织形态学改变相对严重,2月龄组染毒大鼠神经细胞凋亡的发生率为(1.53±1.06)个/视野,明显高于同龄对照组的(0.93±0.75)个/视野,F=12.659 6,P<0.001;8月龄组染毒大鼠的神经细胞凋亡率为(1.65±1.11)个/视野,明显高于同龄对照组的(1.15±1.07)个/视野,F=6.263 3,P<0.05。结论 低龄大鼠对二甲苯的神经毒作用更为敏感。
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    Age associated differences in effects of xylene on brain morphology and neurons' apoptosis in rats

    Wang Xiuling*,Jin Xipeng,Ding Baoaqing.*Department of Occupational Health,Shanghai Medical University,Shanghai 200032

    Abstract Objective To evaluate the neurotoxic effects of xylene on morphology and apoptosis of neurons in rats' brain,and whether there could be any relation between the two groups of rats with different ages and the neruotoxic effects of xylene. Methods Male SD rats,with age of 2 month or 8 month,were administered xylene intraperitoneally on alternate days at a dose of 0,125,250 or 500 mg/kg for 30 days.HE staining method and TUNEL technique were used to examine the morphology of brain and the apoptosis of neruons. Results The degeneration of neurons was observed both in brains of 2 month and 8 month in the three exposure groups.Gliosis was detected in brain of 2 month at 250 and 500 mg/kg and in 8 month at 500 mg/kg only.Oedema and cellular infiltration were only seen in 2 month rats.The characteristics of TUNEL positive neurons are nuclear shrinkage and stronger fluorescence in nuclei than that in normal neurons.The number of TUNEL positive cells was 1.53 per field of vision in exposed group and 0.93 per field of vision in control group in brains of 2 month rats(P<0.001).More TUNEL positive cells were seen in exposed group(1.65 per field of vision) than those in control group(1.15 per field of vision) of 8 month rats(P<0.05). Conclusion Xylene induced more serious morphological changes and more apoptosis cells in the brain of younger rat than in the brain of older one.It is suggested that younger rat is more susceptible to the neurotoxic effects of xylene than older one.
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    Key words Xylene Morphological appearance Apoptosis

    细胞凋亡是目前分子生物学、细胞生物学等领域内的研究热点之一。某些理化因素可引起细胞发生凋亡[1],但有机溶剂对整体实验动物神经细胞凋亡的诱导作用尚未见报道。本研究旨在探讨二甲苯对不同年龄大鼠脑组织病理

    本课题受国家自然科学基金(39570613)和国家教委博士点基金(9506182)资助形态学及神经细胞凋亡的影响,以阐明年龄对二甲苯神经毒作用的易感性差异。

    材料与方法

    一、实验动物及染毒

    健康雄性SD大鼠(上海医科大学实验动物部提供),2月龄24只,体重180~220 g;8月龄24只,体重250~280 g。将两部分大鼠随机各分为4组,每组6只,分别为二甲苯125、250和500 mg/kg染毒组及对照组。染毒组以橄榄油作溶剂,以总量0.2 ml腹腔注射,隔日1次,共30天;对照组给等量橄榄油。大鼠自由进食、饮水。
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    二、方法及试剂

    各组动物均进行病理形态学检查,病理切片用HE法染色。对照组和500 mg/kg组(各3只)进行脑神经细胞凋亡观察。凋亡检测方法为终末核苷酸转移酶(TdT)介导的dUTP原位缺口末端标记(terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)技术。

    1.试剂:二甲苯为分析纯(上海上试综合试剂经营公司),In situ Cell Death Detection试剂盒(AP法,德国Boehringer Mannheim公司)、蛋白酶K(Merck公司),硝基四唑氮蓝(NBT)、5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸盐底物(BCIP)及染色试剂盒(华美生物工程公司)。

    2.细胞凋亡检测操作步骤:脱蜡→系列酒精水化→37 ℃下蛋白酶K消化30分钟→标记:加入TUNEL反应混合液50 μl,在37 ℃下温育60分钟(至此可进行激光共聚焦扫描分析)→信号转移和分析:50 μl Converter AP,37 ℃温育30分钟→染色:X-phosphate/BCIP与NBT混合液→封片→图象分析计数凋亡细胞数。
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    3.结果观察:(1)荧光影像分析、摄影采用Leica TCSNT-60214型激光共聚扫描电镜完成。(2)凋亡细胞计数采用Leica Q 500IW型图象分析仪完成。观察每个视野内脑神经细胞凋亡数。在大脑皮层区选择观察视野,每个视野面积为10.615 mm2,每只大鼠计数20个视野,每组共60个视野。

    4.统计学处理:以SPSS for Windows软件包进行统计分析,用方差分析法比较各组间差异。

    结果

    1.一般情况:500 mg/kg二甲苯染毒组大鼠在每次染毒后短时间内均出现不同程度的活动减少,约2小时后恢复。各年龄染毒组大鼠体重增长未受明显影响。

    2.病理形态学:二甲苯染毒30天时,大鼠脑组织出现了一系列的病理形态学改变,光学显微镜下可见多个部位的神经细胞出现空泡变性,如脑皮质、室管膜下及血管周围均有较多的神经元出现空泡变性,血管周围有单核细胞、淋巴细胞浸润,呈“血管淋巴细胞套状”,在部分切片中有局部胶质细胞增生;对照组则无异常所见;未见出血和坏死。在所观察的几个指标中,2月龄大鼠组较8月龄组出现的改变更为明显(表1)。
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    表1 二甲苯对不同年龄大鼠脑组织形态学的影响(动物数=6)

    Table 1 Effects of xylene on pathological changes in brain of rats of different age(n=6) 年龄

    Age

    组别

    Group

    剂量

    (mg/kg)

    神经元变性

    Degeneration

    胶质细胞增生
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    Gliosis

    水肿

    Oedema

    炎细胞浸润

    Cellular infiltration

    出血

    Hemorrhage

    坏死

    Necrosis

    2月龄 2 months

    对照组 Control

    -
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    -

    -

    -

    -

    -

    二甲苯 Xylene

    125

    ±~+

    -

    -

    -

    -

    -

    250
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    +

    ±

    -

    -

    -

    -

    500

    +~+ +

    ±

    ±

    ±

    -

    -

    8月龄 8 months
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    对照组 Control

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    二甲苯 Xylene

    125

    ±

    -

    -

    -

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    -

    250

    ±~+

    -

    -

    -

    -

    -

    500

    +

    ±

    -

    -
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    -

    -

    -:正常;±:偶见局灶性轻微病变;+:轻度病变,范围<1/3视野;+ +:中度病变,范围<2/3视野

    -:Normal;±:Focal pathological changes observed occasionally;+:Mild pathological changes less than 1/3 field of vision;+ +:Medium pathological changes less than 2/3 field of vision

    3.凋亡细胞计数:光镜下,TUNEL阳性细胞呈棕黄色颗粒状。TUNEL阳性细胞计数结果见表2,对照组和染毒组均可观察到神经细胞凋亡。对照组间比较,2月龄组凋亡细胞总数为56个,平均0.93个/视野;8月龄组凋亡细胞总数为69个,平均1.15个/视野,即随年龄增长,神经细胞凋亡数增加。2月龄染毒组与对照组比较,凋亡细胞数明显增加,差异有非常显著意义(P<0.01);8月龄染毒组与对照组比较,凋亡细胞数增加,差异有显著意义(P<0.05)。2月龄与8月龄染毒组之间比较,差异无显著意义。
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    表2 二甲苯(500 mg/kg)对不同年龄大鼠神经细胞

    凋亡的诱导作用(±s)

    Table 2 Effects of xylene(500 mg/kg) on induction

    of apoptosis of neurons in rats of different age(±s) 月龄

    Month

    组别

    Group

, 百拇医药     凋亡细胞总数

    Total

    每视野平均数

    No./Per field

    of vision

    F值

    F value

    P值

    P value

    2

    对照组

    Control

    56
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    0.93±0.75

    12.6596

    0.0005

    二甲苯

    Xylene

    93

    1.53±1.06

    8

    对照组

    Control

    69

    1.15±1.07

    6.2633
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    0.0137

    二甲苯

    Xylene

    99

    1.65±1.11

    视野数=60 Vision=60

    4.凋亡细胞形态观察:激光共聚焦扫描电镜观察可见,凋亡细胞胞核呈强荧光,胞核变小,呈月牙形或圆形,偏向于细胞一侧,正常神经细胞没有荧光反应。正常对照组大鼠脑切片也可观察到少量凋亡细胞(图1、图2,见封三)。

    图1 正常对照组的正常神经元(绿色箭头)和TUNEL阳性
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    细胞(白色箭头) TUNEL(激光共聚焦成像)×100

    Fig 1 Control normal neuron(Green Arrow),TUNELpositive

    cell(white arrow) TUNEL(Image of confocal)×100

    图2 二甲苯500 mg/kg组TUNEL阳性细胞

    TUNEL(激光共聚焦成像)×100

    Fig 2 Xelene 500 mg/kg,TUNEL positive cell

    TUNEL(Image of confocal)×100
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    讨论

    病理组织学结果表明:二甲苯接触组动物脑组织出现了一系列改变,2月龄大鼠较8月龄的改变更为明显,同一年龄组内呈剂量-效应关系。凋亡细胞计数结果表明:对照组大鼠随年龄增长,凋亡细胞发生率呈增加趋势;2月龄染毒组大鼠平均每一视野的凋亡细胞数与对照组之差明显大于8月龄组。提示:低龄大鼠对二甲苯的神经毒作用更为敏感。

    凋亡细胞的DNA降解以双链断裂为特征,TUNEL法可以通过荧光显示比较特异地、原位地显示凋亡细胞[2],为形态学与分子生物学技术相结合检测细胞凋亡的技术。

    凋亡发生的机制目前尚不清楚,有癌基因说、自由基说[3]等。体内bcl-2基因可阻止凋亡的发生,在神经细胞内,bcl-2高表达可通过降低细胞内活性氧和脂质过氧化物的水平抑制凋亡[4]。自由基引起凋亡可能通过激活某些癌基因而发挥作用。活性氧诱导c-myc的高表达,c-myc基因对细胞有双重作用,可促使细胞增殖,又可参与细胞凋亡,是细胞凋亡的一个潜在的诱导机制,且细胞凋亡的程度与细胞内myc蛋白的活性及表达水平有关[1,5]。有报道:二甲苯可引起大鼠脑组织匀浆过氧化产物丙二醛水平的升高[6],可能与脑细胞凋亡的发生有关。
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    细胞凋亡发生在多种器官和组织,多种神经系统疾病与凋亡的发生有关。老年性痴呆(Alzheimers)、Parkinson病、运动神经元病等[7,8],即与特定的神经细胞亚群过早、过度发生凋亡有关[9]。本研究表明二甲苯对整体动物

    神经细胞凋亡也具有明显的诱导作用。提示:有机溶剂长期、慢性接触可能对工人神经系统的衰老过程具有一定的影响。

    综合上述细胞凋亡和脑组织的其它病理研究结果,可以认为:低年龄大鼠对二甲苯的神经毒作用更为敏感。

    (感谢神经生物国家重点实验室黄雅林教授在凋亡细胞形态学分析中给予的指导和帮助)

    参考文献

    [1] 杨瑞华,李瑞珍,海春旭.自由基及其清除剂与细胞凋亡的关系.国外医学卫生学分册,1997,22:202-206.
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    [2] Yasuda M,Umemura S,Yoshiyuki R,et al.Apoptotic cells in the human endometrium and placental villi:Pitfalls in applying the TUNEL method.Arch Histol Cytol,1995,58:185.

    [3] Lennon SV,Martin SJ,Cotter TG.Dose-dependent induction of apoptosis in human tumor cell lines by widely diverging stimuli.Cell Prolif,1991,24:203-214.

    [4] Hockenbery DM,Oltvai ZN,Yin XM,et al.Bcl-2 functions in an antioxidant pathway to prevent apoptosis.Cell,1993,75:241-251.
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    [5] Vaux DL.Toward an understanding of the molecular mechanisms of physiological cell death.Proc Natl Acad Sci USA,1993,90:786-789.

    [6] Rana SVS,Kumar S.Lipid peroxidation in liver,kidney and brain of rats after combined exposure to xylene,toluene and methyl alcohol.Indian J Exp Biol,1994,32:919-921.

    [7] 谢惠芳,田时雨,陈俊抛.细胞凋亡与Alzheimer病.现代诊断与治疗,1997,8:285-286.

    [8] 赵士福,王东武.细胞凋亡与神经系统疾病.国外医学神经病学神经外科学分册,1996,23:124-127.

    [9] 宝福凯.编程性细胞死亡的研究现状及展望.细胞生物学杂志,1995,17:122-126.

    (收稿:1998-05-21 修回:1999-02-10), 百拇医药