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砷是自然环境中广泛存在的类金属元素之一,已被国际肿瘤机构(IARC)确认为人类致癌物。饮用高砷水是人体暴露砷的主要途径,中国慢性饮水型高砷暴露人口已超过500万,全球约有2亿人受饮水型砷暴露的危害,慢性患者临床主要表现为皮肤色素沉着,掌跖部皮肤角化以及皮肤癌等,此外还可累及多器官系统,可诱发多脏器的肿瘤。
目前,两种砷代谢理论认为无机砷(inorganic arsenic,iAs)在体内的甲基化代谢以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体和以谷胱甘肽(GSH)为巯基供体,发生2次甲基化分别生成一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)。许多细胞研究表明,MMAⅢ是毒性最强的iAs代谢产物,其次是DMAⅢ。砷中毒病区大样本人群研究,证明了高砷暴露人群的个体砷代谢模式呈多样性,且砷甲基化模式与砷中毒发病风险及病情程度存在密切联系。另外,研究也显示,遗传因素并不是影响砷甲基化的决定因素,外源性因素对砷代谢的影响不容忽视。
关于外源性因素对砷甲基化代谢影响的研究目前主要集中在甲基供体和巯基供体方面,如叶酸、蛋氨酸和谷胱甘肽。SAM,体内最主要的甲基供体,是砷甲基化代谢所必需的,主要由蛋氨酸循环产生。而同型半胱氨酸(homocysteine,HCY)作为蛋氨酸循环的中间产物,对砷代谢影响的研究少有报道。现在许多研究显示,HCY水平升高是心脑血管疾病的独立危险因素,它也与许多神经系统疾病相关,如阿尔兹海默症,帕金森症,精神分裂症等。另外,也有研究显示,血浆同型半胱氨酸水平升高与男性不育之间也有一定的关联。高HCY水平对慢性疾病的影响已经越来越引起人们的关注。
综上所述,我们拟通过对饮水砷暴露小鼠给予不同时间的外源性HCY,探讨HCY与砷代谢模式之间的关系及其对机体健康效应的影响,为进一步研究砷在体内的代谢转化提供参考依据,同时为防治饮水型砷中毒提供科学的实验依据。
材料与方法:
1、动物分组与染毒方式
分别选择健康、清洁级昆明种雌性小鼠两组,即:A组和B组,每组18只,共36只,体重(25±2.0)克,适应性喂养一周后,两组再分别随机分为3组,对照组、单纯染砷组和染砷干预组,每组6只小鼠。以亚砷酸钠为染毒物。用蒸馏水配制成含砷浓度50 mg/L的水溶液,且每24 h新鲜配制。染毒期间各实验组小鼠以自由饮水方式饮含砷水,对照组小鼠饮蒸馏水。同型半胱氨酸为受试物。染砷1周后,染砷干预组小鼠2次/天腹腔注射同型半胱氨酸(200 mg/kg体重)溶液(用生理盐水配制),对照组和单纯染砷组在相同时间内腹腔注射生理盐水,A组小鼠注射1天,B组小鼠连续注射7天,且实验组小鼠在干预期间仍继续染砷,对照组饮用蒸馏水。
2、测量指标与方法
(1)尿、肝脏和肾脏中各形态砷浓度的测定:氢化物发生-超低温捕集-原子吸收分光光度计法。
(2)全血、肝脏和肾脏GSH含量的测定:DTNB法
(3)血清、肝脏和肾脏T-AOC的测定:南京建成试剂盒
(4)肝脏和肾脏蛋白含量测定:双缩脲法。
结果:
1、注射HCY1天对小鼠尿、肝脏及肾脏各形态砷含量的影响
单纯染砷组和染砷干预组小鼠尿中iAs、MMA、DMA及TAs浓度均高于对照组,染砷干预组小鼠尿中iAs、DMA和TAs浓度均显著高于单纯染砷组(P<0.05),染砷干预组小鼠尿中MMA%低于单纯染砷组而SMR高于单纯染砷组。与单纯染砷组相比,染砷干预组小鼠肝脏iAs、 TAs和iAs%浓度均显著降低,DMA%、PMR和SMR增加(P<0.05)。染砷干预组小鼠肾脏iAs浓度和iAs%也降低,而DMA%和PMR增加。
2、连续注射HCY7天对小鼠尿、肝脏及肾脏各形态砷含量的影响
与对照组相比,单纯染砷组和染砷干预组小鼠尿中iAs、 MMA、DMA和TAs浓度显著升高,染砷干预组小鼠尿中MMA、DMA、TAs浓度及MMA%低于单纯染砷组,而DMA%和SMR高于单纯染砷组(P<0.05)。染砷干预组与单纯染砷组比较,小鼠肝脏中各形态砷含量和百分比的差异均无统计学意义(P>0.05)。在肾脏中,除了MMA,染砷干预组iAs、MMA、DMA和TAs浓度均高于单纯染砷组比较(P<0.05),但砷百分比和砷甲基化率比较没有差异(P>0.05)。
3、HCY对小鼠全血、肝脏和肾脏GSH含量的影响
注射HCY1天,单纯染砷组小鼠全血和肝脏GSH含量显著低于对照组(P<0.05),染砷干预组小鼠肝脏GSH含量高于单纯染砷组(P<0.05),肾脏GSH含量各组之间没有差异(P>0.05)。连续注射HCY7天,单纯染砷组小鼠全血、肝脏和肾脏GSH水平低于对照组,也显著低于染砷干预组(P<0.05)。
4、HCY对小鼠全血、肝脏和肾脏T-AOC的影响
注射HCY1天,单纯染砷组小鼠血清T-AOC明显低于对照组(P<0.05),染砷干预组小鼠血清T-AOC显著高于单纯染砷组(P<0.05),小鼠肝脏T-AOC在单纯染砷组和染砷干预组两组之间没有差异,但均显著低于对照组(P<0.05),小鼠肾脏T-AOC染砷干预组显著低于对照组。连续注射HCY7天,单纯染砷组小鼠血清T-AOC明显低于对照组,而染砷干预组血清T-AOC显著高于对照组(P<0.05),染砷干预组小鼠肝脏T-AOC显著高于对照组(P<0.05),与对照组和单纯染砷组相比,染砷干预组小鼠肾脏T-AOC均降低(P<0.05)。
结论:
1、注射HCY1天能增加小鼠砷甲基化能力,促进砷的排出。而连续注射HCY7天增加砷在小鼠组织中的残留,不利于砷从尿中排出。
2、HCY水平升高可以增加小鼠体内的GSH水平。
3、HCY水平升高使小鼠血清和肝脏T-AOC增加,但是降低肾脏T-AOC。