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镉(Cadmium,Cd)是普遍存在于环境中(水、空气、土壤)的重金属污染物,可通过食物链或直接暴露进入机体,对机体的健康造成危害甚至诱发癌症。因此Cd被许多国家列为优先控制的污染物及致癌物。目前,很多研究都关注的是Cd如何对生物体造成损伤以及损伤的机制有哪些。在Cd毒性效应的研究中,Cd与DNA损伤的研究较多。但是Cd与DNA损伤修复(DNAdamage repair,DDR)调控机制的研究还较为匮乏。非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)作为哺乳动物细胞最主要的修复机制,Cd对其介导的DDR机制的研究极少。基于此,本研究以X-ray辐射后的人宫颈癌细胞(Human cervical cancer cells,Hela)为模型,研究Cd(较低浓度的Cd,0.50 μ和1.00 μM)对NHEJ修复的影响机理,为Cd中毒机理提供更为深入的理论依据,以期更好的进行毒性预防。本研究的结果显示:1.经过24h的Cd暴露,Cd确实进入细胞并触发一系列效应(细胞毒性及遗传毒性)。结果表明:较高浓度的Cd(2.00和4.00 μM)暴露可以极显著地抑制Hela细胞的活力,并且显著引起DNA损伤。较低浓度的Cd(0.25,0.50和1.00μM)暴露后,细胞活力(>80%)及增殖能力(>90%)都较高,不会引起细胞DNA的损伤。2.被辐射的Hela细胞经Cd暴露后,DDR效率整体降低。免疫荧光的结果显示:Cd处理的被辐射细胞组γH2AX及53BP1(DDR的两个标志性因子)的焦点数显著高于辐射细胞组。这就预示着,Cd降低了 DDR的修复效率。但是经过一段时间(24 h)后,Cd抑制的DDR效率逐渐升高。Cd处理的被辐射细胞组中,yH2AX及53BP1的焦点数与空白对照组中的焦点数相近。由此可知,Cd对于细胞修复效率的降低是具有时间依赖性的。一段时间后,细胞可通过自身调整,将DDR效率恢复到正常水平。3.在NHEJ介导的DDR通路中,NHEJ相关的因子Ku70不受Cd的影响,pDNA-PKcs Thr-2609,XRCC4及Ligase Ⅳ焦点的形成受到显著抑制。然而,Cd促进pDNA-PKcsSer-2056焦点的募集。除此之外,XRCC4及Ligase Ⅳ蛋白的表达水平也受到Cd的抑制。类似的现象,在NU7026处理的Hela细胞中可以看到。但是,调控 pDNA-PKcs Thr-2609,XRCC4 的 pATM Ser-1981 不受 Cd 的抑制。4.Cd预先处理的辐射细胞暴露于Zn(7 h)后发现,被抑制的DDR效率显著回升。Zn处理组中,γH2AX及53BP1焦点的形成显著恢复到正常水平(辐射细胞自身的修复水平)。此外,Zn暴露后,pDNA-PKcs Thr-2609及XRCC4的焦点也显著回升。综上可知,0.50及1.00 μM Cd在不显著影响细胞活力及不造成DNA损伤的情况下,延缓NHEJ介导的DDR效率。Cd通过影响NHEJ通路中相关因子pDNA-PKcsThr-2609/Ser-2056,XRCC4 及 Ligase Ⅳ调控 DDR 的效率。Cd 主要抑制 pDNA-PKcs Thr-2609,XRCC4 及 Ligase Ⅳ焦点的募集,同时下调 XRCC4及Ligase Ⅳ蛋白的表达水平。但是,暴露于Zn后,Cd对于DDR的延缓可部分恢复。Zn在此过程中主要通过影响pDNA-PKcs Thr-2069,XRCC4及Ligase Ⅳ调控DDR。