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赣南地区引起畜禽中毒最主要的环境污染物是钼(Molybdenum,Mo)和镉(Cadmium,Cd),绵羊作为本地区重要的经济动物,对钼、镉毒性极为敏感。研究发现,钼、镉在发挥毒性作用的过程中对线粒体造成严重损伤,引起细胞内稳态失衡。线粒体质量控制(Mitochondrial quantity control,MQC)在维持线粒体正常结构和生理功能中发挥关键作用,但其在钼镉联合对绵羊肝细胞线粒体损伤中的调控机制尚不清楚。本研究从体内和体外两个角度探讨线粒体质量控制在钼镉联合致绵羊肝细胞线粒体损伤中的作用,体内实验以钼酸铵和氯化镉作为实验毒源,选择2月龄绵羊48只,随机分为4组,每组12只:对照组(生理盐水,Control组),钼组(45 mg/kg·BW,Mo组),镉组(1 mg/kg·BW,Cd组),钼镉联合组(45 mg/kg·BW Mo+1 mg/kg·BW Cd,Mo+Cd组),在不同处理下饲养50 d,分别在第25 d和第50d取肝脏组织进行相关实验。体外实验用改良的两步胶原酶灌注法提取绵羊原代肝细胞并分别建立钼、镉及其联合毒理模型:对照组(Control组),钼组(600μM Mo),镉组(4μM Cd),钼镉联合组(600μM Mo+4μM Cd),以及线粒体抑制剂(Cs A,1μM)和VDAC1抑制剂(VBIT,100μM),处理24 h。利用病理组织学观察、透射电镜、免疫荧光、Clark氧电极、流式细胞术、RT-q PCR、Western blot和蛋白质组学等方法,对病理形态学、氧化应激指标(SOD、MDA、GSH-Px、CAT)、ROS水平、线粒体膜电位水平(MMP)、线粒体呼吸功能指标(RCR、OPR)、线粒体动力学相关指标(Drp1、Fis1、OPA1、Mfn1、Mfn2)、线粒体自噬相关指标(LC3A、LC3B、P62、Parkin、Pink1、VDAC1)和线粒体生物发生相关指标(mt DNA、PGC-1α)等进行检测,结果表明:(1)体重、肝功能和金属离子检测结果显示,与对照组相比,钼、镉及其联合胁迫下绵羊体重下降且肝指数升高;血清ALT、AST水平升高,而TC、TG、HDLC、LDL-C水平下降;肝脏中Mo、Cd、Cu、Zn含量显著升高,揭示Mo、Cd毒性作用下影响绵羊肝功能及肝脏组织中的金属离子稳态。(2)病理组织学结果显示,处理组肝细胞间隙增大,细胞核皱缩,肝窦、肝锁及肝小叶明显扩张,排列紊乱,肝细胞发生空泡变性;透射电镜显示处理组肝脏及肝细胞线粒体嵴断裂、缺失,线粒体肿胀且空泡化严重,线粒体自噬体增多。(3)蛋白组学结果显示,钼镉联合胁迫下线粒体共鉴定出360个差异蛋白,其中213个上调蛋白,147个下调蛋白;GO注释和KEGG通路分析,差异蛋白主要与细胞色素P450对外源性物质的代谢、溶酶体、吞噬体等信号传导通路有关,进一步说明钼镉联合诱导了肝线粒体蛋白表达差异,从而造成线粒体损伤。(4)钼、镉及其联合导致绵羊肝细胞线粒体抗氧化酶SOD、GSH-Px、CAT活性下降,ROS水平及MDA含量升高;Cs A处理后加重了肝细胞线粒体氧化应激水平,而VBIT处理后缓解了肝细胞线粒体氧化应激水平。(5)钼、镉及其联合导致绵羊肝细胞MMP、RCR、OPR水平和ATP含量降低,表明其引起绵羊肝细胞线粒体功能障碍;Cs A处理后加剧了钼镉联合引起的线粒体功能障碍,而VBIT处理后缓解了线粒体功能障碍。(6)钼、镉及其联合引起绵羊肝脏和肝细胞Drp1、Fis1 m RNA和蛋白表达水平升高,OPA1、Mfn1、Mfn2 m RNA和OPA1、Mfn2蛋白表达水平降低;mt DNA拷贝数增多,PGC-1αm RNA和蛋白表达下调,表明钼、镉及其联合增加线粒体分裂,减少线粒体融合,破坏线粒体动力学平衡并抑制线粒体生物发生。Cs A处理后加剧了上述结果变化,而VBIT处理则缓解了上述结果变化。(7)钼、镉及其联合增加了绵羊肝脏LC3B荧光共定位水平、肝细胞线粒体与溶酶体共定位水平;绵羊肝脏和肝细胞LC3A、LC3B、Parkin、Pink1、VDAC1m RNA和LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ、Pink1、Parkin、VDAC1蛋白表达水平上调,而P62m RNA和蛋白表达水平下调,表明钼、镉及其联合增加了线粒体自噬水平。Cs A和VBIT处理均能降低线粒体自噬水平。综上所述,钼、镉及其联合能够诱导绵羊肝细胞线粒体质量控制失调,且联合组更为严重。线粒体自噬和抑制VDAC1寡聚能通过改善线粒体质量控制缓解钼镉联合引起的绵羊肝细胞线粒体功能障碍。这一结果丰富了钼、镉对绵羊肝线粒体损伤的分子机制,为进一步开展钼镉毒性分子病理学及相关研究奠定基础。