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孕哺期大鼠母體鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯暴露影響子代小腦顆粒細胞增殖與凋亡的機制研究

發(fā)布時間:2020-05-21 09:13
【摘要】:目的:鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(Di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)因其在塑料制品中的廣泛應(yīng)用以及在環(huán)境中的不易降解,成為了一種普遍存在的環(huán)境污染物。作為一種環(huán)境內(nèi)分泌干擾物,DEHP在土壤,水體以及空氣中均被發(fā)現(xiàn),并可通過多種途徑進入人體。流行病學(xué)報道孕期及哺乳期DEHP暴露會影響胎兒的神經(jīng)發(fā)育,小腦是神經(jīng)發(fā)育中重要的腦區(qū),與機體的運動功能,協(xié)調(diào)性以及運動學(xué)習(xí)都有關(guān),小腦顆粒細胞是小腦中數(shù)量最多且其正常發(fā)育是保證小腦功能的前提。但目前母體孕期和哺乳期暴露DEHP是否影響仔鼠小腦顆粒細胞的發(fā)育還不明確,其相關(guān)機制也有待研究。本研究通過在孕期及哺乳期通過灌胃的方式構(gòu)建DEHP暴露模型,探討妊娠期及哺乳期母體DEHP暴露對子代小腦顆粒細胞的增殖凋亡以及其相關(guān)行為學(xué)發(fā)育的影響,并探明其可能作用機制。研究方法:本研究以Wistar孕鼠和原代提取的小腦顆粒細胞為研究對象,首先將雌性 Wistar 大鼠隨機分為四組:0 mg/kg/day,30 mg/kg/day,300 mg/kg/day和750 mg/kg/day DEHP暴露組。按著對應(yīng)的劑量對其從懷孕第一天到仔鼠出生后21天進行DEHP灌胃構(gòu)建DEHP暴露動物模型。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測四個劑量組中懷孕第19天母鼠尿液中DEHP的五種代謝產(chǎn)物鄰苯二甲酸單(2-乙基己基)酯(MEHP)、鄰苯二甲酸單(2-乙基-5-羥己基)酯(MEHHP)、鄰苯二甲酸單(2-乙基-5-氧己基)酯(MEOHP)、鄰苯二甲酸(2-乙基-5羧基戊基)酯(MECPP)和鄰苯二甲酸(2-羧基甲基已基)酯(MCMHP)的含量,初步證明DEHP暴露動物模型是否成立。對其出生后各個時間段的仔鼠進行相應(yīng)的小腦相關(guān)的神經(jīng)行為學(xué)檢測,包括平面翻正反射,負屈地性反射和抓力測試。在仔鼠出生后7天和14天,采用免疫熒光染色觀察各組仔鼠小腦小腦顆粒細胞增殖的情況,并通過Realtime PCR和Western blot檢測Shh信號通路中相關(guān)蛋白的表達。采用ELISA檢測子代小腦內(nèi)的雌激素水平以及Western blot檢測芳香化酶的表達情況。此外在體內(nèi)采用TUNEL檢測各劑量組仔鼠在PN 7和PN 14天小腦顆粒細胞的凋亡水平,并通過Western blot檢測各組仔鼠小腦顆粒細胞PI3K/Akt信號通路中相關(guān)蛋白的表達情況。同時體外實驗提取原代小腦顆粒神經(jīng)元,建立原代小腦顆粒神經(jīng)元MEHP暴露模型,采用CCK8檢測MEHP對小腦顆粒神經(jīng)元的耐受情況,并用TUNEL染色檢測MEHP染毒后各組小腦顆粒神經(jīng)元的凋亡水平以及采用免疫熒光染色檢測其各劑量組的Cleaved caspase 3的表達情況;同時采用Western blot檢測MEHP染毒后小腦顆粒神經(jīng)元PI3K/Akt信號通路中相關(guān)蛋白的表達情況;并通過使用PI3K/Akt信號通路的激活劑IGF1以及抑制劑LY294002后檢測各組小腦顆粒細胞的凋亡水平以及PI3K/Akt信號通路相關(guān)蛋白的變化情況。結(jié)果:1、孕期及哺乳期DEHP暴露對仔鼠小腦體重以及小腦臟器系數(shù)的影響。于仔鼠PN 7和PN 14天取材并稱量仔鼠體重以及小腦的重量,稱量結(jié)果表明,各組仔鼠(雌性與雄性)其小腦重量以及仔鼠的體重均無統(tǒng)計學(xué)差異。2、DEHP暴露模型中母鼠尿液中DEHP主要五種代謝產(chǎn)物的濃度。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測四個劑量組中懷孕第19天母鼠尿液中DEHP的五種代謝產(chǎn)物MEHP、MECPP、MEOHP、MEMHP和MEHHP的含量。結(jié)果顯示對照組的五種DEHP代謝產(chǎn)物的含量均低于最低檢測限,但隨著染毒劑量的增加,這五種代謝產(chǎn)物的含量也隨之增加,并呈劑量反應(yīng)關(guān)系(P0.05)。這些結(jié)果表明我們成功建立了 DEHP暴露的動物模型。3、孕期及哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠小腦顆粒細胞的增殖的影響。免疫熒光結(jié)果顯示,在PN 7和PN 14天,與對照組相比,300 mg/kg/d與750 mg/kg/d DEHP暴露組中雄性仔鼠小腦外顆粒層顆粒細胞的增殖率(Pax6+PCNA+/Pax6+)顯著下降(P0.05)。然而,對照組與 30 mg/kg/d DEHP暴露組之間仔鼠小腦顆粒細胞的增殖率并無明顯差異(P0.05)。此外,對于雌性仔鼠其各組之間增殖率并沒有明顯的差異(P0.05)。4、孕期及哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠神經(jīng)行為發(fā)育的影響。在PN 3,PN 5和PN 7天,與對照組相比,暴露于300與750 mg/kg/d DEHP劑量組的雄性仔鼠的平面翻正反射的時間均延長,且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。而雌性仔鼠的平面翻正反射時間在各組間無明顯差異(P0.05)。對于抓力測試,暴露于300與750 mg/kg/d DEHP劑量組的雄性仔鼠仔鼠握桿時間與對照組相比顯著減少(P0.05)。而雌性仔鼠的握桿時間在各組間無明顯差異(P0.05)。此外,各組雌雄仔鼠前肢抓力實驗時間均無明顯差異。對于負趨地性反射實驗,各個暴露組的雌雄仔鼠由頭朝下轉(zhuǎn)變到頭朝上即旋轉(zhuǎn)180°所需的時間均無明顯差異(P0.05)。5、孕期及哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠小腦顆粒細胞Shh信號通路的影響。Real time RCR結(jié)果顯示,在PN 7和PN 14天,與對照組相比,暴露于300與750 mg/kg/d DEHP劑量組的雄性仔鼠小腦Shh,Gli1,N-Myc以及Cyclind1基因水平顯著下降(P0.05)。Western blot結(jié)果同樣說明,在各個時間點,300與750 mg/kg/d DEHP暴露組的雄性仔鼠小腦Shh,Gli1,N-Myc以及Cyclind1蛋白表達水平比對照組也明顯降低(P0.05),然而對于雌性仔鼠,在PN 7和PN 14天各劑量暴露組之間的仔鼠小腦Shh,Gli1,N-Myc以及Cyclind1的mRNA水平以及蛋白的表達均無明顯變化(P0.05)。6、孕期及哺乳期DEHP暴露對仔鼠小腦雌激素水平以及芳香化酶表達的影響。在各時間點暴露于300與750 mg/kg/d DEHP劑量組的雄性仔鼠小腦的芳香化酶的蛋白表達與對照組相比顯著降低(P0.05),而雌性仔鼠的小腦的芳香化酶的蛋白表達在四個劑量組各個時間點均無明顯差異(P0.05)。此外,ELASA結(jié)果顯示,與對照組相比,暴露于300與750 mg/kg/d DEHP劑量組的雄性仔鼠小腦的雌激素水平也有明顯下降(P0.05),同樣,雌性仔鼠小腦的雌激素水平在四個劑量組各個時間點均無明顯差異(P0.05)。7、孕期與哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠小腦顆粒細胞凋亡的影響。TUNEL結(jié)果顯示300 mg/kg/d和750 mg/kg/d DEHP暴露組的雄性仔鼠的TUNEL陽性細胞率與對照組相比明顯增加(P0.05),然而對雌性仔鼠的TUNEL陽性細胞率無明顯影響(P0.05)。8、孕期與哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠小腦Total caspase 3以及Cleaved caspase 3蛋白表達的影響。在雄性仔鼠中,在PN 7和PN 14天,300 mg/kg/d和750 mg/kg/d DEHP暴露組中Cleaved caspase 3的表達水平明顯高于對照組(P0.05),而Total caspase 3的表達水平與對照組相比卻反而下降(P0.05)。對于雌性仔鼠各暴露劑量組間的Cleaved caspase 3的表達無明顯差異(P0.05),Total caspase 3的表達也無明顯差異(P0.05)。9、孕期與哺乳期母體DEHP暴露對仔鼠小腦PI3K/Akt信號通路的影響。Western Blot 結(jié)果顯示,在 PN 7 和 PN 14 天,300 mg/kg/d 和 750 mg/kg/d DEHP暴露組雄性仔鼠小腦組織中的p-PI3K,p-Akt和Bcl-2水平與對照組相比顯著下降(P0.05),而Bax的蛋白表達卻明顯上升(P0.05),各組雄性仔鼠小腦中PI3K,Akt蛋白表達無明顯差異(P0.05)。各劑量暴露組中雌性仔鼠的小腦中PI3K/Akt信號通路中相關(guān)蛋白水平均無明顯變化(P0.05)。10、MEHP對小腦顆粒神經(jīng)元活力的影響。CCK8結(jié)果顯示隨著MEHP染毒劑量和時間的增加,細胞活力隨之下降。25 lμM MEHP處理原代提取的小腦顆粒細胞12 h和24 h后,并沒有明顯影響小腦顆粒細胞的活力,但25 μM的MEHP作用在小腦顆粒神經(jīng)元48 h后細胞活力顯著下降(P0.05)。此外,250 μM MEHP作用在小腦顆粒細胞24 h后,細胞活力與對照組相比大約下降了 20%,當1000 μM MEHP作用于細胞24h后,細胞活力下降了 50%。11、MEHP促進了原代小腦顆粒神經(jīng)元凋亡。TUNEL染色結(jié)果顯示隨著MEHP染毒劑量的增加,小腦顆粒神經(jīng)元TUNEL陽性細胞率隨之增加(P0.05)。同時我們還發(fā)現(xiàn),隨著MEHP的濃度增大,小腦顆粒神經(jīng)元Cleaved caspase-3陽性細胞數(shù)也隨之增多(P0.05)。Western blot結(jié)果也顯示,與對照組相比,MEHP染毒組的Cleaved caspase-3的蛋白水平明顯增加(P0.05),而Total caspase-3的蛋白表達水平卻反而下降(P0.05)。12、MEHP干擾PI3K/Akt信號通路蛋白分子的表達。結(jié)果顯示,與對照組相比,小腦顆粒神經(jīng)元MEHP染毒組中p-PI3K,p-Akt和Bcl-2的蛋白表達水平明顯下降(P0.05),而Bax的蛋白表達水平明顯增加(P0.05)。此外,在各個組中PI3K和Akt的蛋白表達水平無明顯差異(P0.05)。13、IGF1通過激活PI3K/Akt信號通路降低小腦顆粒細胞的凋亡,LY294002通過抑制PI3K/Akt信號通路加重了 MEHP誘導(dǎo)的小腦顆粒細胞的凋亡。MEHP單獨處理組中的Bax和Cleaved caspase 3的蛋白表達水平增加(P0.05),而p-PI3K,p-Akt,Bcl-2和Totalcaspase3的蛋白表達水平明顯降低(P0.05)。與MEHP單獨處理組相比,IGF1與MEHP共同處理組中p-PI3K,p-Akt,Bcl-2 和 Total caspase 3 的蛋白水平明顯增加(P0.05),而 Bax 和 Cleaved caspase3的蛋白表達水平降低(P0.05)。此外,在IGF1單獨處理組與對照組之間,各蛋白的表達水平無明顯差異。同時TUNEL結(jié)果顯示,與MEHP單獨處理組相比,預(yù)先給予IGF1的MEHP處理組中的TUNEL陽性細胞數(shù)明顯減少(P0.05)。而在對照及IGF1單獨處理組之間TUNEL陽性細胞數(shù)沒有明顯的差異(P0.05)。與對照組相比,DEHP與PI3K/Akt信號通路的抑制劑LY294002組一樣可以抑制PI3K/Akt信號通路,且增加小腦顆粒細胞的TUNEL陽性細胞率(P0.05)。與LY294002單獨處理組相比,MEHP與LY294002共同處理組的p-PI3K,p-Akt,Bcl-2和Total caspase 3的蛋白表達水平顯著降低(P0.05),Bax和Cleaved caspase 3的蛋白表達水平明顯增高(P0.05),且小腦顆粒細胞的TUNEL陽性細胞率也明顯增加(P0.05)。結(jié)論:1、孕哺期DEHP暴露可通過下調(diào)Shh信號通路抑制雄性仔鼠小腦顆粒細胞的增殖,并導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙。2、孕哺期DEHP暴露可通過抑制PI3K/Akt信號通路誘導(dǎo)小腦顆粒細胞的過度凋亡。3、DEHP損傷小腦顆粒細胞的性別差異性可能與仔鼠小腦內(nèi)雌激素水平以及芳香化酶表達有關(guān)。
【圖文】:

仔鼠,小腦,體重,代謝產(chǎn)物


稱量結(jié)果如圖表明,,各組仔鼠(雌性與雄性)其小腦重量以及仔鼠的體重均無統(tǒng)計學(xué)差異(圖3.1)。圖 3.1 仔鼠體重與小腦重注:仔鼠體重與小腦重均以 mean±SEM 表示(n=8)。3.2 母鼠尿液中 DEHP 主要五種代謝產(chǎn)物的濃度MEHP,MECPP,MEOHP,MEMHP 和 MEHHP 是 DEHP 暴露的生物標志物,代表著尿液中 DEHP 代謝產(chǎn)物的主要組成部分。我們采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測四個劑量組中 GD 19 天母鼠尿液中 DEHP 的五種代謝產(chǎn)物的含量。如圖 3.2 所示,對照組的五種 DEHP 代謝產(chǎn)物的含量均低于最低檢測限。此外我們發(fā)現(xiàn)與對照組相比,DEHP 暴露組中 MEHP、MECPP、MEOHP、MEMHP 和MEHHP 都顯著增高(P<0.05),且隨著染毒劑量的增加,這五種代謝產(chǎn)物的含量也隨之增加。

小腦顆粒細胞,尿液,對照組,濃度


圖 3.2 母鼠尿液中 DEHP 五種主要代謝產(chǎn)物的濃度*P<0.05,與對照組相比;#P<0.05,與 30 mg/kg/d DEHP 暴露組相比;&P<0.05,與/kg/d 暴露組相比.3 孕哺期 DEHP 暴露對仔鼠小腦顆粒細胞增殖的影響Pax6 被認為是小腦顆粒細胞前體的標記物,對小腦顆粒細胞的正常發(fā)著重要作用[36]。PCNA 是細胞周期中 DNA 合成階段表達于細胞核的增殖37]。因此,Pax6+PCNA+被標記于處在增殖的小腦顆粒細胞前體中,Pax6+PC標記于未處于增殖狀態(tài)的小腦顆粒細胞中。為了探究 DEHP 暴露對小腦胞增殖的影響,我們分別計數(shù)了小腦外顆粒層中 Pax6+PCNA+與 Pax6+PC胞的數(shù)量,我們發(fā)現(xiàn)與對照組相比,300 mg/kg/d 與 750 mg/kg/d DEHP 暴雄性仔鼠小腦外顆粒層顆粒細胞的增殖率(Pax6+PCNA+/Pax6+)在 PN 7)和 PN 14(圖 3.5)顯著下降(P<0.05)。然而,對照組與 30 mg/kg/d D
【學(xué)位授予單位】:中國醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類號】:R114

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本文編號:2674045

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