亞急性鎘暴露對大鼠腎臟脂質過氧化損傷及牛磺酸的保護作用研究

張晶瑩 ， 韓 瑜 ， 孫 蘭 ， 隋自潔 ， 張 琨

(1.吉林省疾病預防控制中心 ， 吉林 長春 130062 ； 2.吉林省血液研究中心 , 吉林 長春 130033 ； 3.吉林大學第二醫院 ， 吉林 長春 130042)

隨著鎘在工業中利用率的快速增長，污染問題日趨嚴重，其可通過被污染的空氣、水、食物等進入機體，容易造成機體多器官系統損傷，并有潛在的致癌作用[1]。腎臟是鎘最主要的蓄積部位和靶器官，也是對鎘毒性最敏感、最容易受損的效應器官[2]。有研究表明，鎘通常以金屬硫蛋白的形式選擇性地沉積于機體腎臟等重要臟器中[3]，在經腎小球濾過、腎小管重吸收的過程中，被重新釋放出來而損傷細胞[4]。

牛磺酸是一種含硫氨基酸，它是哺乳動物組織中游離氨基酸最豐富的物質之一，具有保持滲透壓平衡，降低血壓、血脂和調節體內鈣平衡的作用[5]。本課題組前期研究發現，預先給予牛磺酸可以改善鎘對大鼠肝、腎功能酶活性的影響，對大鼠肝腎損傷具有保護作用[6-7]。在此基礎上，本試驗進一步探討牛磺酸對亞急性鎘致大鼠腎臟的保護機制，為牛磺酸防治鎘中毒提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 化學試劑和儀器 牛磺酸 (含量≥98.0%)、氯化鎘(分析純，含量≥99.0%)，均購自國藥集團；丙二醛(MDA)、一氧化氮(NO)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、白介素-2(IL-2)、轉化生長因子-β(TGF-β)試劑盒，均購自南京建成生物工程研究所；尿素氮(BUN)、肌酐(CREA)、乳酸脫氫酶(LDH)試劑盒，均購自邁瑞生物醫療電子股份有限公司；分析天平；全自動生化分析儀(TBA-120FR)。

1.2 實驗動物及分組 健康SPF級雄性Wistar大鼠，體重180～220 g(長春市億斯實驗動物技術有限責任公司，許可證號：SCXK(吉)2015-0020)。將40只大鼠按體重隨機分為4組：正常對照組、模型組、高劑量組和低劑量組，每組10只。所有實驗大鼠均在SPF級環境下單籠飼養，實驗動物自由飲食和飲水。

1.3 試驗方法 除正常對照組外，其余3組每周3次(星期二、四、六)腹腔注射2.0 mg/(kg·bw)的氯化鎘溶液染毒，連續4周，染毒的同時高、低劑量組每天分別灌胃給予牛磺酸1.0、 0.5 g/(kg·bw)，正常對照組在相應的時間腹腔注射生理鹽水(相同體積)。正常對照組和模型組每天灌胃蒸餾水，每組的胃灌注量為1.0 mL/(100 g·bw)。末次給藥后禁食12 h，稱重，麻醉，下腔靜脈采血，檢測各項指標。

1.4 檢測指標

1.4.1 臟器系數的測定 分離腎臟后，肉眼觀察臟器有無腫大，稱取臟器質量。腎/體比=臟器質量(g)/體重(100g)×100%。

1.4.2 血清腎功能酶活性測定 采血分離血清，測定BUN、CREA、LDH。

1.4.3 腎組織中相關過氧化指標 試驗結束后制備大鼠腎勻漿液，取上清液測定MDA、SOD、GSH、NO含量。

1.4.4 血清 IL-2 和 TGF-β1含量的測定 采用ELISA 法測定，嚴格按照說明書操作步驟進行。

1.5 數據統計 采用SPSS11.5統計軟件分析數據。組間比較采用最小顯著差異法檢驗(LSD法)，不齊時，各組間兩兩比較采用Tamhane’s方法。

2 結果

2.1 對大鼠腎/體比的影響 由表1可見，大鼠染毒期間內模型組終重明顯低于正常對照組(P<0.05)；高劑量組終重明顯高于模型組(P<0.05)；低劑量組終重明顯低于高劑量組。模型組腎濕重增加明顯，與正常對照組比較有差異(P<0.05)；模型和低劑量組腎體比增加明顯，與正常對照組比較有差異(P<0.05)；高劑量腎體比降低明顯，與模型組比較有差異(P<0.05)。

表1 牛磺酸對亞急性染鎘大鼠體重變化及腎/體比的影響

a：與對照組比較，P<0.05； b：與模型組比較，P<0.05； c：與高劑量組比較，P<0.05

a: Compared with the control group,P<0.05; b: Compared with the model group,P<0.05; c: Compared with the high-dose group,P<0.05

2.2 對大鼠腎功能酶活性的影響 由表2可見，模型組BUN、Cr、 LDH含量水平高于正常對照組，有統計學差異(P<0.05)；與模型組相比，高劑量組BUN、CREA、 LDH含量水平降低，有統計學差異(P<0.05)。

表2 牛磺酸對亞急性染鎘大鼠腎功能酶活性的影響

2.3 對大鼠腎組織中MDA、NO、SOD、GSH-Px含量的影響 由表3可見，模型組腎組織中MDA、NO含量升高，與正常對照組比較有差異(P<0.05)；模型組腎組織中SOD、GSH-Px活性降低，與正常對照組比較有差異(P<0.05)；高劑量組腎組織中MDA、NO含量降低，與模型組比較有差異(P<0.05)；高劑量組腎組織中SOD、GSH-Px活性升高，與模型組比較有差異(P<0.05)。

表3 牛磺酸對亞急性染鎘大鼠腎組織MDA、NO、SOD、GSH-Px活性的影響

2.4 對大鼠血清細胞因子表達IL-2、TGF-β的影響 如表4可見，亞急性鎘暴露期間模型組血清中IL-2含量顯著降低，TGF-β1含量顯著升高，與正常對照組比較有統計學意義(P<0.01)；各劑量組血清中IL-2含量均顯著增加，TGF-β1含量均顯著降低，與模型組比較有統計學意義(P<0.01)；且高劑量組血清中IL-2含量增加，TGF-β1含量降低，與低劑量組比較有統計學意義(P<0.01)。

表4 牛磺酸對亞急性染鎘大鼠血清中IL-2和TGF-β1含量的影響

3 討論

美國毒理管理委員會(ATSDR)把鎘列為第6位危及人體健康的有毒物質， 其在環境中不能降解，一旦進入環境就難以消除，最終通過食物鏈轉移到人體。因此，人類有可能廣泛接觸到鎘而引起機體毒性反應，甚至發生腫瘤[8]。本試驗發現，亞急性暴露鎘時，雄性大鼠體重下降明顯，腎腫脹明顯，腎體/比有升高趨勢。給予牛磺酸后大鼠體重增加，腎體/比明顯降低，說明牛磺酸可以有效地保護鎘致大鼠腎臟的損傷。研究表明，長期接觸鎘可造成肝、腎臟的不可逆損害和機能障礙[9]。所以本次試驗檢測了血清中BUN、CREA、LDH活性，這些酶的變化主要反映鎘對腎小球的損傷情況。試驗結果發現，鎘亞急性暴露致大鼠腎功能酶BUN、CR和LDH水平升高，腎小球過濾率下降，導致腎功能代謝紊亂[10]。高劑量組給予牛磺酸后，血清中BUN、CREA和LDH水平降低(P<0.05)，說明牛磺酸能有效的改善鎘致大鼠腎功能代謝紊亂[11]。

研究表明，氧化應激在鎘暴露導致的腎損傷中起著重要作用，可能是由于鎘可以置換 SOD 等抗氧化酶的活性巰基[12]，也可結合谷胱甘肽GSH、金屬硫蛋白MT等含巰基的物質，打破機體氧化/抗氧化平衡[13]，誘發氧化應激損傷，導致機體發生不可逆性損傷。本次試驗結果顯示：鎘染毒期間大鼠腎組織中MDA、NO含量明顯升高，SOD、GSH-Px含量明顯下降，給予牛磺酸后可以減少鎘致大鼠腎組織中MDA、NO水平釋放，同時使SOD、GSH-Px活性含量增加，從而保護腎細胞線粒體和內質網的超微結構，增強腎組織抗氧化損傷能力[14]。IL-2 是機體正向免疫調節中最重要的細胞因子之一，主要由 T 淋巴細胞分泌，其功能是促進T、B 淋巴細胞的增殖[15]。TGF-β1 可能是免疫系統關閉的信號之一，其可以抑制所有淋巴細胞的增殖與功能[16 ]。本次試驗結果發現，模型組大鼠血清 IL-2 含量明顯降低，TGF-β1 含量明顯升高(P<0.05)。牛磺酸高劑量組大鼠血清IL-2 含量顯著增加、TGF-β1 含量顯著降低。提示牛磺酸可能是通過調節機體的細胞因子表達，從而糾正和改善機體的免疫功能。

本試驗結果發現， 牛磺酸對亞急性鎘暴露導致的大鼠腎損傷具有保護作用，其機制可能是：(1)通過提高機體的抗氧化能力，加速清除機體自由基，來糾正機體的氧化和抗氧化之間的平衡失調；(2)通過調節細胞因子IL-2和 TGF-β 1的表達來糾正和改善機體的免疫功能。