铅是一种广泛分布的重金属。尽管我们已采取各种措施来减少铅的使用,但其在生活中仍严重危害着人类的健康。研究表明,神经系统是铅损伤的重要靶点,会对神经功能造成不可逆的损害。有研究显示铅能够影响海马突触的可塑性并导致神经传递受阻。铅在细胞内可造成线粒体肿胀、片段化和基质内容物减少。但在神经细胞和神经系统的研究中,有关铅毒性引发的线粒体分裂和片段化发生与神经活动之间的联系很少见报道。本研究采用生活于淡水的日本三角涡虫(Dugesia japonica)为实验材料,进行铅胁迫下线粒体分裂与神经活动关系的研究。本研究以日本三角涡虫为研究对象进行铅胁迫下涡虫神经活动的相关研究。在铅急性毒理(80mg/L)条件下(P组),检测不同铅暴露时间(6h、12h、24h、36h、48h)涡虫行为变化、运动水平、线粒体结构和功能变化、Drp-1、synapsin、CaM蛋白表达差异以及5-HT的代谢水平。其次,为了研究线粒体分裂和细胞内[Ca2+]在铅胁迫中对涡虫神经活动的影响,设置线粒体分裂抑制剂Mdivi-1处理24 h后继续铅处理组(M组),和铅与钙离子螯合剂BAPTA-AM共同处理组(B组),并检测以上指标。研究主要获得了以下结果:1.涡虫受铅胁迫后出现明显的形态变化,12 h后运动能力显著降低。在M组和B组中,Mdivi-1和BAPTA-AM处理能逆转铅对涡虫行为和运动能力的影响。其中,Mdivi-1效果更佳。2.铅胁迫12h,线粒体的长度开始变短,随着暴露时间的延长线粒体进一步变短,并且其嵴的数量减少;铅暴露12 h后,细胞内ROS的水平显著升高,线粒体膜电势显著降低,活性线粒体数量显著减少。说明铅对涡虫线粒体结构和功能的损伤主要表现在铅暴露12 h后。Mdivi-1和BAPTA-AM处理能延缓线粒体形态变化并减少线粒体损伤。整体而言,Mdivi-1的缓解作用更好。3.铅胁迫早期(6h),涡虫Drp-1的转录水平显著性升高,并在24h,Drp-1蛋白表达量也出现显著性增加。同时,突触蛋白SynapsiI mRNA表达出现显著下调。说明铅对核内基因转录的影响先于线粒体的改变。Mdivi-1和BAPTA-AM处理可以改变这两个蛋白的表达变化,其机制尚待深入研究。4.涡虫组织内5-HT在铅暴露12 h时出现极显著降低,并随着暴露时间的延长表现出先降低后回升的趋势。在M组和B组中,分别加入Mdivi-1和BAPTA-AM,铅胁迫诱导的5-HT减少被显著性抑制。同时,就MAO活性而言,与P组先升高后降低并均高于对照组的变化相比,M组的活性均接近C组,且显著低于P组。说明抑制线粒体的过度分裂可以有效降低铅胁迫下5-HT的分解。5.CaM mRNA表达水平的变化和p-CaM的表达变化分别发生在36 h和24 h后,说明其功能不是位于线粒体分裂和神经递质变化上游。Mdivi-1和BAPTA-AM处理均可推后CaM活化,推测其与突触蛋白SynapsinI的后续磷酸化活化有关。结论:综上所述,我们认为,铅胁迫引起的涡虫形态和运动能力的改变主要和线粒体分裂及由线粒体功能紊乱引起的神经活动改变有关。Mdivi-1可以通过抑制Drp1的表达,从而拮抗铅胁迫带来的线粒体碎片化;同时,在线粒体形态稳定的基础上,减少ROS的产生、升高线粒体膜电势,稳定MAO的活性,使得涡虫神经突触主要递质5-HT保持稳定,从而使得涡虫从形态上和运动能力上都得以恢复,从线粒体途径减少铅的毒理作用。这一作用途径变化早于[Ca2+]变化,应该与[Ca2+]调节无关。此外,Mdivi-1还可以增加SynapsinI的表达,但SynapsinI表达上调发生在CaM功能活化之后,推测CaM的活化可能与SynapsinI表达后的活化有关。此外,细胞内异常的[Ca2+]变化也对神经活动产生一定的影响,但相对于线粒体分裂来说,其影响居于次要地位。针对M组的实验结果,推测线粒体分裂相关基因可以作为铅损伤修复的目标靶点,更安全的线粒体分裂抑制剂的开发或许对铅胁迫引发的神经系统损伤具有重要的治疗价值。