关键词：
镧
学习记忆
内质网应激
铁死亡
激活转录因子3
摘要：
目的:稀土元素（Rare earth elements,REEs）是元素周期表中的第IIIB族中17种的金属元素,原子序数分别为21、39和57～71。研究表明REEs通过食物链进入体内,对机体神经系统产生损害,稀土地区儿童的智商水平和记忆力明显低于正常儿童。镧（Lanthanum,La）在自然界中相对活泼,常被用来研究REEs的神经毒作用机制。铁死亡（Ferroptosis）是铁依赖的调节性细胞死亡,由脂质过氧化驱动,是细胞内代谢紊乱和氧化还原状态失衡的结果。激活转录因子3（Activating transcription factor 3,ATF3）是由应激因素诱导的转录因子,其表达可被细胞应激迅速诱导,进而调控下游基因表达转录。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH）通常参与机体内多种代谢反应,作为供氢体参与氧化还原反应。NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4,NOX4）促进细胞生成ROS。下调胱氨酸/谷氨酸的反向转运体（Cystine/glutamate antiporter system,System Xc）表达水平,导致半胱氨酸和谷胱甘肽（Glutathione,GSH）耗竭。发生内质网应激时,ATF3被诱导表达上调。本研究探讨La是否通过影响内质网应激水平,促进ATF3表达上调,进而上调NOX4,促进细胞生成ROS,同时下调System Xc,致半胱氨酸和GSH耗竭,造成脂质过氧化增强,从而促进铁死亡,发挥神经毒性作用。本研究将为La所致神经毒性损害以及其他神经系统疾病的预防与治疗提供新的研究资料。研究方法:采用实验动物中心购买的实验用清洁级健康成年Wistar大鼠,雌鼠和雄鼠分别为16只,体重为245±10 g,雌雄1∶1的比例合笼。雌鼠完全随机分组,包括对照组、低、中和高剂量组,分组后进行染毒,从雌鼠孕期第0天开始经饮水染毒,对照组大鼠饮蒸馏水,低剂量、中剂量和高剂量的LaCl组孕鼠分别饮用含0.125%、0.25%和0.5%LaCl的蒸馏水溶液,至仔鼠离乳后终止染毒。Morris水迷宫试验测试仔鼠学习记忆能力;电镜观察仔鼠海马组织神经元的超微结构改变;普鲁士蓝染色观察仔鼠海马铁蛋白情况;免疫荧光法观察仔鼠海马ATF3蛋白表达情况;试剂盒检测仔鼠海马中ROS、MDA、GSH/GSSG和Fe含量;Western blot检测仔鼠海马中内质网应激相关蛋白（PERK、GRP78、ATF4）、ATF3、NOX4、SLC7A11、GPX4和线粒体电子传递链复合物蛋白（NDUFB8、SDHB、UQCRC2和ATP5A）表达情况。取新生24 h内Wistar大鼠,体外培养原代神经元,待成熟后,分别给予含0、0.025、0.05和0.1m M LaCl的培养基,染毒时间24 h,随即检测相关指标。采用神经元特异性烯醇化酶（Neuron-specific enolase,NSE）对神经元进行鉴定;试剂盒法检测原代神经元MDA和Fe水平;Western blot法检测原代神经元中PERK、GRP78、ATF4、ATF3、NOX4、SLC7A11、GPX4、NDUFB8、SDHB、UQCRC2和ATP5A蛋白表达情况。结果:***水迷宫的定位航行试验结果,仔鼠逃避潜伏期和总游泳距离随着LaCl暴露剂量的增加而增加;空间探索试验结果,仔鼠穿越目标平台次数和目标象限停留时间随着LaCl暴露剂量的增加而降低。2.随着LaCl剂量的增加,仔鼠海马神经元形态改变,核膜皱缩,线粒体肿胀、空泡化。3.随着LaCl剂量的增加,仔鼠海马铁蛋白增多。4.随着LaCl剂量的增加,仔鼠海马组织ROS、MDA和Fe水平增加,GSH/GSSG水平降低。5.随着LaCl剂量的增加,仔鼠海马CA1区、CA3区和DG区中ATF3表达增多。***暴露可上调仔鼠海马PERK、GRP78、ATF4、ATF3和NOX4蛋白表达水平,下调仔鼠海马SLC7A11、GPX4、NDUFB8、SDHB、UQCRC2和ATP5A蛋白表达水平。***处理上调了原代培养神经元的MDA和Fe水平。***处理可上调原代培养神经元PERK、GRP78、ATF4、ATF3和NOX4蛋白表达水平,下调原代培养神经元SLC7A11、GPX4、NDUFB8、SDHB、UQCRC2和ATP5A蛋白表达水平。结论:1.雌鼠孕哺期LaCl暴露造成仔鼠海马神经元铁死亡,造成仔鼠学习和记忆能力损害。***暴露导致神经元铁死亡可能是与内质网应激和ATF3信号通路表达上调有关。
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