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目的:铅是工业上广泛运用的重金属,因其化学性质十分稳定,可在自然环境中长期稳定存在,故铅污染是我国面临的严重环境问题之一。铅对人体的多个系统均有毒性效应,其中尤以神经系统最为严重,然而目前铅所致神经毒性的机制尚未完全明确,有研究认为氧化应激是铅致神经毒性的关键因素。褪黑素(melatonin,MT)是目前市面上常见的膳食补充剂,研究发现其具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤等多项生理功能,但其是否能够减轻铅引起的神经损伤仍不清楚。本研究以PC12细胞作为研究对象探究褪黑素是否对铅所致神经毒性具有保护作用及其可能的机制。方法:用不同剂量的褪黑素(25μM、50μM、100μM、200μM、400μM或800μM)处理细胞,CCK-8实验检测各组细胞的存活率。PC12细胞分为对照组、25μM醋酸铅(Lead acetate,PbAc)染毒组、50μM MT处理组和50μM MT预处理+25μM PbAc组,处理24小时后CCK-8和LDH实验检测各组细胞存活率和损伤率;Hoechst染色实验检测细胞凋亡;免疫荧光法检测Cleaved-Caspase-3和细胞色素C(Cytochrome C,Cyto C)在细胞内的定位和表达;DCFH和Mito SOX荧光染料染色分别检测细胞内和线粒体中活性氧(Reactive oxidative species,ROS)含量;检测细胞内谷胱甘肽(Glutathione,GSH)含量和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活力。为了探讨MT抗氧化作用的机制,采用Western Blot法检测核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)和血红素加氧酶-1(Heme oxygenase-1,HO-1)蛋白的表达。结果:CCK-8实验结果显示不同浓度MT对细胞存活率无明显影响,而PbAc处理可降低PC12细胞的存活率,且存活率的下降与PbAc的剂量呈正相关,25μM PbAc处理细胞24h可导致PC12细胞存活率降低至(66.16±8.73)%;而MT预处理后细胞存活率提高至(90.42±6.81)%(P<0.01)。与此结果相一致的是,LDH实验结果显示25μM PbAc处理细胞24h可导致细胞损伤率升高至(25.32±2.94)%,而MT预处理+PbAc组细胞损伤率则降低至(2.91±1.38)%(P<0.001)。Hoechst染色结果表明,PbAc组细胞凋亡率升高至(30.67±4.75)%,而MT预处理+PbAc组细胞凋亡率则降低至(18.15±1.55)%。免疫荧光染色结果表明,PbAc组的PC12细胞内凋亡相关蛋白Cleaved-Caspase-3含量增多,同时胞浆中Cyto C蛋白增多;MT则可抑制PbAc诱导的Cleaved-Caspase-3增多,并减少Cyto C在胞浆中的含量。荧光探针检测结果显示PbAc染毒处理细胞可导致胞浆内和线粒体ROS水平增加(P<0.001),且细胞形态出现异常;而且细胞抗氧化能力下降,如GSH含量减少、SOD酶活力降低。MT处理则可显著降低细胞胞浆和线粒体ROS水平(P<0.001),以及细胞内GSH含量和SOD酶活力均提高(P<0.05)。MT组细胞的细胞存活率、损伤率、ROS水平、凋亡相关蛋白和抗氧化物质均无明显变化。Western Blot实验发现50~400μM MT可增加细胞内抗氧化蛋白Nrf2和HO-1的水平。结论:一定剂量的褪黑素可减轻铅引起的PC12细胞内氧化应激,并减少细胞死亡,对铅所致神经细胞毒性具有保护作用,其机制可能与激活Nrf2/HO-1通路有关。