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氟（fluorine,F）是人体必需微量元素,过量氟蓄积造成机体全身性生理病理改变,称为地方性氟中毒,简称地氟病。氟斑牙、氟骨症是氟暴露致骨相器官受损的主要症状。氟暴露还能导致脑、肾脏等非骨相器官受损。研究表明,过量氟摄入可透过血脑-屏障蓄积在脑组织中,影响中枢神经系统的正常生理功能。近年来,氟中毒致神经系统的影响已成为地氟病研究的热点。Ca2+是机体细胞内重要的“第二信使”,钙稳态是细胞Ca2+信号生成转导,完成一系列生理功能的关键,但迄今氟暴露致脑海马组织钙稳态变化的分子机制及膳食钙水平的影响尚未见系统报道。本实验分为亚慢性氟和慢性氟暴露两部分,各选用初断乳ICR雄性小鼠120只,适应7天后,随机分为6组,即对照组（C）:饮用自来水（氟含量<0.2 mg/L）,食用标准饲料（钙含量0.8%）;染氟组（F）:饮用100 mg/LNaF溶液,食用标准饲料;高钙组（HCa）:饮用自来水,食用高钙饲料（钙含量2%）;低钙组（LCa）:饮用自来水,食用低钙饲料（钙含量0.063%）;染氟高钙组（F+HCa）:饮用100 mg/L NaF溶液,食用高钙饲料;染氟低钙组（F+LCa）:饮用100 mg/L NaF溶液,食用低钙饲料。染氟结束后,观测小鼠氟斑牙,并检测其血/尿氟、血/尿钙含量,在检验小鼠氟中毒模型复制成功的基础上,观测小鼠海马组织CA1区形态结构和细胞凋亡率;fluo-4荧光探针负载检测小鼠海马细胞内Ca2+水平;根据试剂盒方法检测小鼠海马细胞膜Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性;用Western Blot、RT-PCR等方法检测小鼠海马细胞膜L型钙通道Cav1.2、质膜Ca2+泵PMCA、Na+-Ca2+交换体NCS-1、内质网膜肌醇三磷酸受体IP3R和钙泵ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平,拟首次系统探讨不同膳食钙水平对氟致脑海马钙稳态变化的影响及分子机制,为探寻氟致神经毒性经济有效的干预途径及完善“氟致钙矛盾疾病”理论提供基础资料。研究结果如下:（1）小鼠氟中毒模型的复制与C组比,亚慢性氟暴露和慢性氟暴露各氟处理组氟斑牙症状明显,尿氟含量极显著上升（P<0.01）,表明本研究小鼠亚慢性氟暴露和慢性氟暴露模型复制成功。（2）小鼠海马组织形态结构观察亚慢性和慢性氟暴露C组小鼠海马CA1区细胞形态规则,细胞正常,界限清晰,结构紧密,层次明显。F组小鼠海马CA1区细胞形态发生改变,细胞间隙较宽,排列疏松。与F组比,F+HCa组较细胞排列较紧密,有清晰的细胞分层,而F+LCa组细胞染色较浅,细胞数量明显减少且间隙较宽。（3）小鼠海马CA1区细胞凋亡检测结果与C组比,亚慢性氟暴露和慢性氟暴露各处理组小鼠CA1区细胞凋亡数量极显著上升（P<0.01）;与F组比,亚慢性氟暴露和慢性氟暴露F+HCa组小鼠CA1区细胞凋亡数量极显著减少（P<0.01）,而亚慢性氟暴露和慢性氟暴露F+LCa组小鼠CA1区细胞凋亡数量却极显著增加（P<0.01）;与亚慢性氟暴露比,慢性氟暴露F组和F+LCa组小鼠CA1区细胞凋亡数量显著增加（P<0.05）。（4）小鼠海马细胞内Ca2+水平检测结果与C组比,亚慢性氟暴露和慢性氟暴露各染氟组小鼠海马细胞内Ca2+水平均显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）;与F组比,亚慢性和慢性氟暴露F+HCa组小鼠海马细胞内Ca2+水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）,F+LCa组小鼠海马细胞内Ca2+水平显著升高（P<0.05）;与亚慢性氟暴露比,慢性氟暴露F组,F+HCa组和F+LCa组小鼠海马细胞内Ca2+水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）。（5）小鼠海马细胞Ca2+转运相关分子检测结果a、跨膜摄入Ca2+的相关分子检测结果与C组比,各染氟处理组小鼠海马细胞膜Cav1.2基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）;与F组比,F+HCa组Cav1.2基因/蛋白表达水平极显著降低（P<0.05或P<0.01）,ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,F+LCa组Cav1.2基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）。与亚慢性氟暴露比,慢性氟暴露F组、F+HCa组和F+LCa组Cav1.2基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）。b、Ca2+跨膜释出相关指标检测结果小鼠海马组织细胞膜Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性检测结果显示,与C组比,各处理组Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活力均显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）;与F组比,F+HCa组Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活力显著升高（P<0.05）,F+LCa组Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活力显著降低（P<0.05）;与亚慢性氟暴露比,慢性氟暴露F组和F+LCa组Na+-K+-ATP酶活力显著降低（P<0.05）。与C组比,各染氟处理组小鼠海马细胞内质网膜IP3R基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,海马细胞质膜NCS-1、PMCA基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）;与F组比,F+HCa组IP3R基因/蛋白表达水平极显著降低（P<0.05或P<0.01）,NCS-1、PMCA基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,F+LCa组IP3R基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,NCS-1、PMCA基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）。与亚慢性氟暴露比,慢性氟暴露F组、F+HCa组和F+LCa组小鼠海马细胞内IP3R基因/蛋白表达水平显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）,NCS-1、PMCA基因/蛋白表达水平显著或极显著降低（P<0.05或P<0.01）。综上所述,氟中毒致脑海马细胞L-型钙离子通道Cav1.2基因/蛋白表达水平上升,使细胞外Ca2+的内流增加;同时细胞膜Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性降低,Na+-Ca2+交换体NCS-1和质膜Ca2+泵PMCA基因/蛋白表达水平也降低,使细胞内Ca2+逆浓度向质膜外运转受阻;而脑海马细胞内通过升高内质网IP3R通道基因/蛋白表达水平,并降低钙泵ATP2A2/SERCA2基因/蛋白表达水平,使细胞内主要钙库内质网中Ca2+释出增多,并使内质网逆浓度从胞液中摄取Ca2+受阻。上述多因素导致细胞质中Ca2+超载,使脑海马细胞Ca2+稳态失衡,触发钙信号通路和下游凋亡调节相关分子表达异常,诱发脑海马细胞凋亡异常,最终损伤脑海马组织细胞,且氟致脑脑海马细胞凋亡率与染氟时间呈正相关。而膳食高钙（2%）能够显著地逆转上述氟暴露致脑海马细胞膜或内质网膜Ca2+转运相关分子表达的异常,抑制细胞内Ca2+超载,维持钙稳态,降低细胞凋亡率,膳食高钙可能是一种经济、安全且有效的抗氟剂。