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氟是人体必需的微量元素,位于元素周期表中的第二排第七位,是目前发现的最活泼的非金属元素,但摄入过量会引起氟中毒。我国是地方性氟中毒的高分布国家,除了有饮水型地方性氟中毒外,还有世界上其他国家所没有的燃煤型和饮茶型地方性氟中毒。我国现有病区县1380个,受威胁人口达1.25亿人。除上海外,其余各省、市、自治区均有不同程度的氟中毒流行。氟中毒的主要表现为氟斑牙和氟骨症,还可以对心血管、肾脏、神经系统等多个系统和器官产生影响。在正常情况下一定量的氟可通过与白蛋白结合或以氟离子的形式穿过血脑屏障进入脑组织,并可在脑内蓄积,进而影响脑细胞的正常生理功能。包括损伤神经受体、使神经细胞变形、神经纤维髓鞘脱落、神经递质和酶发生变化,从而产生一系列神经系统的损伤表现,影响记忆和思维能力。近年来,一些现场调查研究发现,氟中毒病区儿童智力水平明显下降,氟对中枢神经系统的损伤受到关注,但其作用机制尚不清楚。
在中枢神经系统中,小胶质细胞(Microglia,MG)约占胶质细胞的10%~20%,在神经元的生理活动中起着支持、营养、保护及修复等重要功能。MG主要为分枝状和阿米巴状,不同形态代表不同的功能状态。正常生理状况下,MG处于非活化状态,当中枢神经系统损伤、炎症、或受外来物刺激时,可以活化,发挥免疫保护作用。MG的活化有直接和间接两种作用方式。直接作用是受各种刺激后,MG可表达各种抗原,行使抗原提呈细胞的功能;间接作用是MG可分泌神经营养因子、炎性或抑炎性细胞因子、趋化因子等,刺激中枢神经系统(CNS)其它细胞进行细胞间免疫调节。但MG的过度激活可产生大量细胞因子及活性氧产物,其异常激活及其所诱导的炎症反应是多种环境因素所致中枢神经系统损伤的重要因素。因此,本研究以MG为切入点,了解氟是否可诱导MG活化及其所致氧化损伤情况,探讨氟致中枢神经系统损伤的机制。
材料和方法:
一、实验方法
(一)细胞培养
小胶质细胞系(BV-2)购自中国协和医科大学基础医学细胞中心。细胞常规培养于DMEM高糖培养基(含10%胎牛血清,1×105U/L青、链霉素),5%CO2、37℃条件下培养。待细胞达到70%~80%融合时,以1:3进行传代。
(二)细胞增殖活力检测
采用MTT比色法。实验分为对照组和9个染氟组,每组设置三个平行样。用酶标仪测定各孔的光密度(OD)值,细胞活力用还原率表示。还原率越高,表示细胞增殖活力越强。
(三)IntegrinαM(OX-42)的免疫细胞化学检测
采用免疫细胞化学方法,观察BV-2细胞活化后特异性标志物OX-42的表达情况。细胞呈棕色者为阳性细胞。实验分组为对照组、染氟组和脂多糖(LPS)阳性对照组。
(四)细胞氧化损伤检测
1、细胞内谷胱甘肽(GSH)含量的测定
采用二硫代二硝基甲酸比色法应用GSH测定试剂盒检测细胞内GSH含量,同时应用考马斯亮蓝法测定细胞内蛋白浓度以校正细胞内GSH的含量。实验分组为:对照组和染氟组。
2、细胞内超氧化物岐化酶(SOD)含量的测定
采用黄嘌呤氧化酶法用SOD测试盒检测细胞内SOD的含量,同时应用考马斯亮蓝法测定细胞内蛋白浓度以校正细胞内SOD的含量。实验分组为:对照组和染氟组。
3、细胞内丙二醛(MDA)含量的测定
采用硫代巴比妥酸法应用MDA检测试剂盒测定细胞内MDA的含量,同时应用考马斯亮蓝法测定细胞内蛋白浓度以校正细胞内MDA的含量。实验分组为:对照组和染氟组。
4、细胞内活性氧(ROS)的相对含量的测定
采用2’,7’-二乙酰二氯荧光素(DCFH-DA)法,用FACScan流式细胞仪于488nm激发波长处检测荧光强弱用来代表ROS的相对含量。实验分组为:对照组和不加染料DCFH-DA探针的对照组,即2个对照组和染氟组。
5、细胞内过氧化氢(H2O2)含量的测定
采用比色法应用H2O2试剂盒检测细胞培养液中H2O2的含量。实验分组为:对照组和染氟组。
(五)细胞培养液中一氧化氮(NO)含量的测定和细胞内一氧化氮合酶(NOS)含量的测定
1、NO含量的测定
采用硝酸还原酶法应用NO试剂盒检测细胞培养液中NO含量。实验分组为:对照组和染氟组。
2、NOS活力的测定
采用NOS试剂盒检测细胞中NOS活力,同时应用考马斯亮蓝法测定细胞内蛋白浓度以校正细胞内NOS的含量。实验分组为:对照组和染氟组。
(六)细胞内硝基酪氨酸(NT)的测定
采用ELISA检测试剂盒检测细胞内NT含量。实验分组为:对照组和染氟组。
二、统计学处理
用SPSS13.0统计软件进行统计分析,用Kolmogorov-Smirnov进行数据正态性分析。组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),用Levene Statistic进行方差齐性检验,两两比较采用LSD-t检验或Dunnett T3检验;相关分析用Pearson Correlation或非参数相关。
结果:
一、细胞增殖活力的改变
实验分组为加入浓度为0.5、1、5、10、20、50、100、120mg/L的氟化钠,分别染毒24、48和72h。BV-2细胞染毒24h、48h和72h后,随着染氟浓度的增加,还原率逐渐降低。BV-2细胞染毒24h、48h后,50mg/L以上NaF染毒组细胞活力显著降低,差异有统计学意义(p<0.01);BV-2染毒72h后,20mg/L以上NaF染毒组细胞活力显著下降,差异有统计学意义(p<0.01),但在0.5mg/L NaF组细胞活力出现一个显著升高现象(p<0.01)。
二、氟化钠对BV-2细胞的活化作用
分别用1、5、10、20mg/L的NaF染毒BV-2细胞24h后,采用免疫细胞化学方法,观察BV-2细胞活化后特异性标志物OX-42的表达情况,同时用LPS做阳性对照。结果显示,阴性对照组细胞形态呈小圆型或椎型带突触,5~20mg/L, NaF染毒后,大部分细胞活化,胞体变大变圆,胞浆中有棕色OX-42表达。
三、氟暴露对BV-2氧化应激水平的影响
BV-2细胞染毒24h后,50mg/L NaF处理组细胞内GSH的含量显著增高,明显高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05);1、2、10、50mg/L NaF处理组细胞SOD活力显著低于对照组,差异有统计学意义(p<0.05);2、50mg/L NaF处理组细胞内的MDA含量显著高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05);1、2、10、50mg/L NaF染毒24h组细胞内ROS含量显著高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05)。10、50mg/L NaF染毒48h组细胞内ROS含量显著高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05);细胞培养液中H2O2含量无统计学差异。
四、氟暴露对BV-2细胞内NOS活力和培养液中NO含量的影响
BV-2细胞染毒24h后,10mg/L NaF染毒组细胞内中NOS活力显著高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05);各氟暴露组细胞培养液中NO含量无统计学差异。
五、氟暴露对BV-2细胞中NT的含量的影响
BV-2细胞染毒24h后,2、10、50mg/L NaF染毒组细胞内NT含量显著高于对照组,差异有统计学意义(p<0.05)。
结论:
1、一定剂量的氟可以引起小胶质细胞的活化
2、小胶质细胞的活化可以引起氧化应激水平的增高