阿特拉津對SD大鼠黑質TH和Nurr1基因表達的影響

何　 茜，李儼書，李百祥*（哈爾濱醫科大學公共衛生學院衛生毒理學教研室，黑龍江　 哈爾濱　 150081）

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阿特拉津對SD大鼠黑質TH和Nurr1基因表達的影響

何 茜，李儼書，李百祥*
（哈爾濱醫科大學公共衛生學院衛生毒理學教研室，黑龍江 哈爾濱 150081）

【摘要】目的： 探討阿特拉津(ATR)對大鼠多巴胺神經元代謝途徑中相關因子表達的影響及多巴胺神經元的損傷機制。方法：清潔級成年雄性SD大鼠68只，隨機分為4組，即對照組和ATR 50、100、200 mg/kg劑量染毒組，每組17只。染毒組大鼠經口灌胃ATR 28 d，取大鼠腦組織，分別采用實時熒光定量PCR(qPCR)和免疫組化檢測黑質內酪氨酸羥化酶(TH)與核受體相關因子1(Nurr1) mRNA和蛋白表達量的變化，采用 SPSS 17.0進行統計學分析。結果：qPCR結果顯示，用50、100和200 mg/kg濃度的ATR染毒的大鼠，其黑質內TH和Nurr1 mRNA表達量與對照組比較明顯減少(P<0.05)，且存在劑量反應關系。免疫組化結果顯示ATR染毒組大鼠黑質中Nurr1、TH蛋白與對照組比較顯著降低(P<0.05)。結論：ATR可能通過影響多巴胺神經元代謝途徑中的相關酶及其調控酶形成的基因致大鼠多巴胺神經元損傷。

【關鍵詞】阿特拉津；多巴胺神經元；酪氨酸羥化酶；核受體相關因子1

作者信息： 何 茜，E-mail：315069617@qq.com。*通信作者，李百祥，E-mail：libaix@ems.hrbmu.edu.cn

Effect of atrazine on expression of TH and Nurr1 genes in the substantia nigra of Sprague-Dawley rats

HE Xi，LI Yanshu，LI Baixiang*
(Department of Toxicology, College of Public Health, Harbin Medical University, Harbin 150081, Heilongjiang, China)

【ABSTRACT】OBJECTIVE: We evaluated the effects of atrazine(ATR) exposure in Sprague Dawley rat on the dopaminergic system. METHODS： Healthy adult male SD rats were randomly divided into four groups，control and ATR-dose (50，100，200 mg/kg) groups. Rats were treated orally with ATR for 28 d. The mRNA and protein expression of tyrosine hydroxylase (TH) and nuclear receptor-related factor 1 (Nurr1) were examined in samples of the substantia nigra by fluorescence PCR and immunohistochemistry. We use SPSS 17.0 to analyse the experimental results. RESULTS：qPCR results showed that with 50，100 and 200 mg/kg concentration of ATR exposure，rat substantia nigra TH and Nurr1 mRNA expression was significantly reduced compared with control group (P<0.05)，and there was a dose-response relationship. Immunohistochemistry showed that substantia nigra Nurr1 and TH proteins in treated-rats were significantly lower than those among the control group (P<0.05). CONCLUSION： The reduction of Nurr1 and TH suggests that ATR may influence the metabolism of dopamine neurons in dopaminergic neuron injury.

【KEY WORDS】atrazine；dopaminergic neurons；tyrosine hydroxylase；nuclear receptor-related factor 1

帕金森病 (Parkinson’s disease，PD)，也稱為震顫麻痹，是中老年人常見的神經系統變性疾病，也是中老年人最常見的錐體外系疾病，主要病理改變為黑質紋狀體區的多巴胺(dopamine，DA)能神經元生成減少[1]。迄今為止，PD的病因仍不清楚。目前的研究傾向于與年齡老化、遺傳易感性和環境毒素的接觸等綜合因素有關，而在環境因素中又以各種環境污染物的作用尤為引人注意。在對黑龍江省佳木斯市的一個農業生產地區的調查研究發現，最近幾年大量使用的農藥除以往長期使用的殺蟲劑、殺菌劑外，除草劑的使用呈上升的趨勢[2]，由于其對人、畜的毒性相對較小，但使用廣泛，人們對其的防范意識差。對其毒性的研究，尤其是對其神經毒性的研究相對不足。阿特拉津(atrazine，ATR)是一種廣泛使用的均三氮苯類除草劑[3]，目前已在世界各國得到了大面積的推廣使用。ATR投入商業使用將近50年來，在一些地區地表水及地下水中大量殘留，有研究表明ATR的大量使用會對生態環境構成潛在的危害[4]。本課題組近年來也在研究ATR致多巴胺分泌減少及多巴胺能神經元死亡機制的研究[5-7]，多巴胺神經元的減少也是如帕金森，阿爾茲海默癥等神經退行性疾病發生的重要因素。

酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase，TH)是一種兒茶酚胺類活性物質生物合成的限速酶，在DA生物合成的調節中發揮重要作用，是腦內多巴胺能神經元的蛋白標志[8-9]。核受體相關因子1(nuclear receptor-related factor 1，Nurr1)是一種轉錄因子，主要在中樞神經系統特別是中腦組織表達，并對多巴胺能神經元的發生發育起關鍵作用[10-13]。對Nurr1的研究中多以研究幼年期動物為主，在發育的多巴胺能神經元中的調節機制尚有爭議，在成年動物體內的作用研究較少[14-16]。本文擬通過整體動物實驗，觀察ATR對成年大鼠多巴胺神經元代謝途徑中的TH和Nurr1 mRNA與蛋白表達量的改變，探討ATR對多巴胺神經元的損傷機制。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗對象 清潔級成年雄性SD大鼠68只，購自北京維通利華實驗動物技術有限公司。大鼠置于安靜的動物房內籠養，控制室溫(22±2)℃，12 h/12 h晝夜循環光照。將大鼠隨機分為4組：對照組(生理鹽水)，ATR 50、100、200 mg/kg劑量染毒組，每組17只。染毒組大鼠連續灌胃染毒28 d。

1.1.2 藥品和試劑 ATR(CAS 1912-24-9)，純度99.7%，購自南京都萊生物技術有限公司。Prime Script?RT試劑盒和SYBR Premix Ex TaqTMII試劑盒均購自TaKaRa公司。抗-TH多克隆抗體，購自德國Milopore公司。抗-Nurr1多克隆抗體，購自美國Santa公司。免疫染色一抗稀釋液，購自南京碧云天公司。山羊血清、山羊抗兔IgG、ABC kit、DAB顯色劑，均購自北京中杉金橋生物技術有限公司。

1.1.3 主要儀器 低溫高速離心機購自德國HERMLE公司。-80 ℃低溫冰箱，高壓滅菌裝置，SIM-F124制冰機均購自日本Sanyo公司。80-2型離心機購自上海手術器械廠。實時定量PCR儀ABI7500購自美國ABI公司。冰凍切片機購自美國AO Histostat Microtome公司。光學顯微鏡購自日本Olympus公司。

1.2 方法

1.2.1 實時熒光定量PCR檢測大鼠黑質TH和Nurr1 mRNA表達量 實時熒光定量PCR(quantitative realtime PCR，qPCR)檢測各組Nurr1、TH mRNA的相對表達量，用Trizol試劑提取上述各組大鼠中腦黑質總RNA，在GenBank中查找TH、Nurr1基因序列，通過Primer 3.0在線軟件設計引物。用含有GDNA Eraser 的Prime Script?RT試劑盒逆轉錄合成cDNA，用SYBR Premix Ex TaqTMII試劑盒，根據說明書進行操 作，每個樣本加入3個復孔進行檢測。引物序列：β-actin，上游5′-GGAATCGTGCGTGACATTAAAG-3′，下游5′-CGG CAGTGCCATCTCTT-3′；TH，上游5′-AGCTGTGCAGC CCTCCAAGA-3′，下游5′-GTGTGTACGGGTCAAACTT CACAGA-3′；Nurr1，上游5′-CCAATCCGGCAATGAC CAG-3′，下游5′-TGATGATCTCCATAGAGCCAGTCAG -3′。PCR反應條件： 94 ℃變性5 s，57.6 ℃退火20 s，72 ℃延伸20 s，共35個循環。實驗采用相對定量，由PCR反應獲取閾值循環數(cycle threshold，CT) ，采取CT值比較法，即利用CT值 與起始cDNA濃度的對數成反比的數學關系，計算不同樣本之問的相對百分比。公式：ΔΔCT=(CT，實驗組目的基因-CT，實驗組管家基因)-(CT，對照組目的基因-C)，目的mRNA的量=2-ΔΔCT。

T，對照組管家基因

1.2.2 組織切片的制備 每組取8只大鼠通過戊巴比妥鈉麻醉，用生理鹽水和4%多聚甲醛心臟灌注后，取腦組織置于4%多聚甲醛4 ℃固定8 h，用不同濃度梯度的蔗糖溶液(15%、30%)進行脫水至沉底，取大鼠黑質部位切片，委托哈爾濱醫科大學病理教研室進行組織的冰凍切片制備。將組織吸干水分，用OTC包埋劑包埋組織，放于-20 ℃的冰凍切片機中作10 μm厚冰凍切片，進行TH和Nurr1蛋白的免疫組化檢測，TH與Nurr1蛋白采用同一區域連續切片進行檢測。

1.2.3 免疫組化實驗 切片用PBS清洗3次后，濾紙吸干周圍水分，同時滴入5%血清進行室溫封閉30 min。吸去殘留血清加入1∶1 000的兔抗一抗進行孵育，室溫1 h平衡后，4 ℃過夜。隔天取出切片37 ℃、45 min復溫后，用PBS清洗干凈，加入已稀釋好1∶1 000的二抗37 ℃進行孵育30 min。PBS復洗3次，加入SP后進行37 ℃恒溫反應30 min。加入DAB顯色液進行顯色后，用20、40倍物鏡顯微鏡進行觀察。

1.2.4 陽性染色結果的判定標準 TH與Nurr1陽性表達主要表現為細胞胞漿染色呈棕黃色。400倍顯微鏡下觀察黑質部位，通過Image Pro-plus軟件計算圖片中蛋白表達的平均光密度，平均光密度=累積光密度/面積，用于反映組織中蛋白的表達強度。

1.2.5 統計學方法 所有數據均以-x±s表示，各組間差異顯著性統計采用SPSS 17.0統計軟件進行分析，各組之間參數比較采用單因素方差分析，以α=0.05 為檢驗水準。

2 結 果

2.1 各組大鼠黑質TH和Nurr1 mRNA的相對表達量

qPCR檢測結果見表1。分別用50、100和200 mg/kg 的ATR連續灌胃染毒28 d 后，大鼠黑質TH和Nurr1 m RNA相對表達水平均低于對照組(P<0.05)，且經統計分析，發現隨ATR濃度增大其相對表達水平降低，存在劑量反應關系。

表1 黑質神經元TH和Nurr1 mRNA的相對表達量

表1 黑質神經元TH和Nurr1 mRNA的相對表達量

與對照組比較，*P<0.05.

組別　TH mRNA　Nurr1 mRNA對照組　1.00±0.00　1.00±0.00 ATR 50 mg/kg　0.78±0.04*　0.85±0.26* 100 mg/kg　0.58±0.12*　0.50±0.08* 200 mg/kg　0.23±0.13*　0.21±0.11*

2.2 各組大鼠黑質TH和Nurr1蛋白質的表達量

ATR染毒后，各組大鼠黑質均檢測到TH和Nurr1的陽性細胞表達，見圖1和2。通過Image Pro-plus 軟件進行定量分析得到各組平均光密度，見表2。與對照組比較，100和200 mg/kg ATR染毒組大鼠黑質TH、Nurr1陽性神經元平均光密度明顯下降，且隨著ATR濃度增大而降低，差異均具有統計學意義(P< 0.05)。

表2 黑質神經元TH和Nurr1蛋白的平均光密度

表2 黑質神經元TH和Nurr1蛋白的平均光密度

與對照組比較，*P<0.05.

組別　TH蛋白　Nurr1蛋白對照組　1.17±0.15　0.80±0.07 ATR 50 mg/kg　0.92±0.17　0.71±0.08 100 mg/kg　0.69±0.13*　0.62±0.12* 200 mg/kg　0.23±0.10*　0.29±0.11*

A：對照組；B：50 mg/kg ATR染毒組；C：100 mg/kg ATR染毒組；D：200 mg/kg ATR染毒組.圖1 免疫組化檢測ATR染毒后各組大鼠黑質TH陽性細胞表達情況(×200)

A：對照組；B：50 mg/kg ATR染毒組；C：100 mg/kg ATR染毒組；D：200 mg/kg ATR染毒組.圖2 免疫組化檢測ATR染毒后各組大鼠黑質Nurr1陽性細胞表達情況(×200)

3 討 論

PD是一種與年齡相關的神經退行性疾病，65歲以上人群患病率為1 000/10萬，隨年齡增高，男性稍多于女性。流行病學調查結果發現，帕金森病的患病率存在地區差異，所以人們懷疑環境中可能存在一些有毒的物質，損傷了大腦的神經元[17-18]。ATR作為一種廣泛使用且在土壤和水體中可以長期儲留并具有生物蓄積性的除草劑，不但對糧食和食品安全構成了潛在威脅，而且會擾亂和破壞生物活性，對生態環境的影響具有全球性。因此，深入研究ATR的風險問題，已成為目前研究的熱點。在神經系統，ATR可干擾大腦發育和分化，誘導小鼠行為反射的發育模式發生改變；抑制多巴胺的攝取和儲存，導致細胞損傷[19]。由于ATR對多巴胺神經元的損傷與帕金森病的神經元損傷機制相似，因此我們推斷ATR有可能通過對黑質紋狀體DA能神經元的損傷作用而成為PD的環境化學因素之一。

酪氨酸羥化酶(TH)作為多巴胺合成的限速酶在多巴胺合成過程起到關鍵作用，TH免疫組織化學方法常被用于顯示DA能神經元細胞體及其突起。Nurr1主要分布在中樞神經系統，與神經前體細胞向多巴胺能神經元方向分化、成熟密切相關。Zetterstrom等[20]的研究表明，通過基因敲除技術，Nurrl基因缺陷的純合子小鼠(Nurrl-/-)紋狀體、中腦腹側部的TH和紋狀體多巴胺神經遞質缺失，并且無多巴胺能神經元產生，新出生的雜合子小鼠(Nurrl+/-)的Nurrl蛋白和多巴胺水平明顯減少，這表明黑質紋狀體多巴胺水平受Nurrl mRNA的劑量影響。Nurr1促進DA能細胞分化的機制尚不清楚，但在多巴胺神經元發育的過程中，Nurr1作用的唯一目的基因為TH。有研究證明，Nurr1可直接調控TH基因的啟動子，在一些細胞類型，Nurr1被激活后，轉位到核內，結合到TH啟動子內的反應原件，激活TH基因的轉錄[21]。我們的課題組也在相關實驗中證實在大腦發育早期，ATR可以穿過胎盤屏障對胚胎期大鼠的多巴胺能神經元的發育產生影響。對胚胎期暴露大鼠黑質內TH、Nurr1、囊泡Ⅱ型轉運體以及多巴胺轉運體的基因和蛋白的表達進行檢測，發現ATR可以通過抑制Nurr1的表達從而降低囊泡Ⅱ型轉運體和多巴胺轉運體的表達量，破壞神經細胞內多巴胺的正常轉運和貯存，導致突出內多巴胺含量的減少[5-6]。為探討ATR在中樞神經系統對成年大鼠TH與Nurr1表達的影響和多巴胺神經元的死亡機制，本研究通過對成年SD大鼠進行經口ATR染毒，觀察大鼠黑質部位TH陽性細胞與Nurr1陽性細胞，研究結果顯示，隨著ATR染毒劑量的增加，大鼠黑質內TH陽性細胞平均光密度降低，對照組黑質區可見較密集的棕褐色TH陽性細胞表達。Nurr1的免疫組化結果與TH相似，陽性細胞平均光密度均隨著染毒劑量的增加而降低。TH和Nurr1的mRNA與蛋白表達量均減少，這說明ATR對成年期大鼠Nurr1和TH mRNA與蛋白合成造成影響，可能對多巴胺神經元造成損傷作用。此結果可為深入研究ATR致多巴胺神經元損傷機制提供有價值的資料，對進一步認識環境因素在神經退行性疾病如帕金森病、阿爾茲海默癥中的作用研究提供了毒理學依據。

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基金項目：國家自然科學基金資助項目(81273109)

收稿日期：2015-10-12；

修訂日期：2015-12-15

中圖分類號：R114

文獻標志碼：A

文章編號：1004-616X(2016)01-0023-05

doi:1 0.3969/j.issn.1004-616x.2016.01.005