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从生化水平的改变探讨三丁基锡诱导人羊膜细胞凋亡的机制

朱欣

   三丁基锡(Tributyltin,TBT)是有机锡类化合物中比较重要的一种,可用作木材防腐剂、聚氯乙烯塑料制品的热稳定剂和工业用冷凝水的灭菌剂,但其最重要的用途,是作为杀虫剂添加到涂料中涂于船体及海洋建筑的表面,以防止软体海洋生物的附着。在过去的半个多世纪里,TBT得到了广泛的应用。它的使用可以提高远洋轮船的航行速度,节省轮船燃料,而且还可以延长船舶和海洋建筑的使用寿命,降低了坞修费用。尽管TBT的使用带来了巨大的经济效益,但其对生态环境的危害也逐渐显现出来。TBT已造成世界大多数港口和内陆水域的污染,而且它在对海洋目标生物产生高效杀灭作用的同时,也对其它水生生物造成了极大的危害。更加不容忽视的是TBT可以在水生生物体内富集,这些水生生物被人食用后可能影响到人类健康。 大量研究表明,TBT的毒性主要表现在以下几个方面:免疫毒性、生殖毒性、神经毒性。它可对哺乳动物的消化系统,呼吸系统,免疫系统,神经系统以及生殖系统造成不同程度的损伤。更加深入的研究表明,TBT可对众多细胞事件产生不同程度的影响,它对细胞的影响也符合高浓度导致细胞死亡、低浓度诱导细胞凋亡的规律,而且诱导细胞发生凋亡是TBT细胞毒性最典型的体现。 细胞凋亡是一个主动的、高度有序的、基因控制的、一系列酶参与的过程,同时也伴随一系列特定的形态学和生化改变。由于细胞凋亡在保证多细胞生物的健康生存中扮演着关键角色,而且它的紊乱与众多疾病的发生密不可分,因此对细胞凋亡机制的研究一直是生命科学领域的一个热点。 在过去的20多年里,TBT对细胞凋亡的诱导及机制成为许多研究者广泛探讨的课题,已有大量的文献报道了TBT可诱导细胞凋亡的事实,所用的研究材料也多种多样,在这些报道中,绝大多数都是关注线粒体途径。从已有的研究结果推测,TBT诱导凋亡的主要途径是依赖于线粒体存在的:TBT可导致线粒体的损伤,促使线粒体通透性发生改变,引起线粒体内细胞色素c的释放,细胞色素c释放后可与胞液中的促凋亡因子结合形成凋亡复合体,从而激活caspase最终导致凋亡。但是其中也有一些报道与上述观点不一致,而且到目前为止,TBT诱导细胞凋亡的机制还存在其他许多尚未明了而需要深入探讨的问题。 本研究采用人羊膜细胞FL,通过检测TBT对FL细胞活力、细胞凋亡、细胞形态、细胞骨架、caspase酶活化、活性氧水平、细胞色素c、DNA损伤、凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax及p53的影响,为进一步阐明TBT诱导细胞凋亡的机制提供依据。 按照实验设计,在FL细胞培养体系中,加入不同浓度的TBT作用不同的时间后进行不同的实验。用MTT法测定细胞活力;用流式细胞术PI/AnnexinⅤ双染色法检测细胞凋亡;用光镜显微镜直接观察TBT染毒后细胞形态的改变;用荧光显微镜-鬼笔环肽染色法观察细胞骨架的变化;用单细胞凝胶电泳法检测细胞核DNA的损伤情况;用DCFH-DA法测定细胞内活性氧水平;用荧光标记的caspase-3抑制剂DEVD-FMK研究细胞内caspase-3的活化;收集细胞提取蛋白后用蛋白印迹法进行细胞色素c以及凋亡相关蛋白Bcl-2,Bax及p53蛋白水平测定。 实验结果如下: 1.TBT暴露可导致FL细胞活力的下降,除2μmol/L浓度组外,呈剂量、时间-效应关系。 2.TBT暴露可诱导FL细胞发生凋亡,且呈剂量-效应关系。 3.TBT暴露可诱导FL细胞caspase-3酶活化,且呈剂量-效应关系。 4.TBT暴露可导致FL细胞形态和细胞骨架的改变,且呈剂量、时间-效应关系。 5.TBT暴露可导致FL细胞胞液中细胞色素c蛋白水平的升高、且呈剂量-效应关系。 6.TBT暴露可导致FL细胞活性氧水平的升高,除2μmaol/L浓度组外,呈剂量-效应关系。 7.TBT暴露后,FL细胞中Bcl-2蛋白水平在1、2μmol/L浓度组呈现逐渐上升的趋势,与对照组相比无显著性差异,在3、4μmol/L浓度组呈现逐渐下降的趋势,与对照组相比有显著性差异;Bax蛋白水平呈现逐渐上升的趋势,在4μmol/L浓度组与对照组相比有显著性差异;Bax/Bcl-2比值在1、2μmol/L浓度组相对于对照组无明显变化,3、4μmol/L浓度组Bax/Bcl-2值随浓度增加逐渐加大,且3,4μmol/L浓度组与对照组相比有显著性差异。 8.TBT暴露后FL细胞中p53蛋白水平无明显变化。 9.TBT暴露可导致FL细胞核DNA的明显拖尾,尾长和尾相的变化呈现逐渐上升的趋势,有剂量-效应关系。 结论: 1.TBT在低浓度短时间内诱发FL细胞发生凋亡,在高浓度长时间时表现出其细胞毒性,导致FL细胞死亡。 2.TBT可对FL细胞DNA产生明显的损伤作用,同时可引起细胞活性氧水平的升高,且这两者都与凋亡相关。推测TBT使FL细胞产生的氧化应激可能是DNA损伤的一个直接因素,而DNA损伤也可能是凋亡发生的一个诱因。 3.TBT可导致FL细胞Bcl-2蛋白水平的下降和Bax蛋白水平的上升,而且Bax/Bcl-2比值与凋亡率的上升趋势是吻合的,表明Bcl-2和Bax参与了TBT诱导的FL细胞凋亡。但TBT暴露并不引起FL细胞中p53蛋白水平的改变,表明p53并未参与TBT诱导的FL细胞凋亡。 4.TBT暴露可导致FL细胞胞液中细胞色素c蛋白水平的升高和caspase-3活化,表明细胞色素c和caspase-3在TBT诱导的FL细胞凋亡中起到了重要作用。推测TBT作用细胞后,产生的ROS引发了一系列后果,包括对线粒体的损伤,从而导致细胞色素c的释放,释放后的细胞色素c与胞液中其他的促凋亡因子组成凋亡复合体,致使caspase-3的活化从而诱导细胞凋亡的发生。 5.TBT暴露使FL细胞形态和骨架发生明显改变,且与凋亡率的改变有很大相关性,表明骨架改变是细胞形态改变一个重要原因,也表明细胞骨架的改变在TBT诱导的FL细胞凋亡中有重要作用。而且,骨架的改变可能是caspase-3的作用结果。……   
[关键词]:三丁基锡;人羊膜细胞;细胞凋亡;细胞活力;细胞形态;细胞骨架;caspase-3;活性氧;细胞色素c;Bcl-2;Bax;Bax/Bcl-2比值;p53;DNA损伤
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2007年