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DDT (Dichlorodiphenyltrichloroethane),即1,1-(2,2,2-三氯乙叉)-双(4-氯苯),中文名称滴滴涕,是一种在环境中持续性存在的有机污染物,是第一个被广泛使用的合成有机氯农药。它的出现给十亿人摆脱疟疾带来了福音,它的发明者Müller 曾在1944年获得了诺贝尔医学奖。但是,它的蓄积性,长范围的迁移性,在环境中的不易降解性和内分泌干扰作用给人们带来了更多的困扰。尽管在欧美国家上世纪70年代开始,DDT 就被限制使用,但是痕量DDT可在几乎所有的人群和偏远的地区中被检测到。有报道,如果一个个体不再暴露于DDT中,它的消失大概要花10-20年,但是DDT的代谢产物DDE可以终生存在。因此,DDT 被列为12个持续性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)之一。
P,p-DDE是DDT的最主要的代谢产物,有较高的蓄积性,因而在人体组织中的浓度也很高。它也是一种已知的环境内分泌干扰物之一,可以通过直接的毒作用和干扰生物体内正常的内分泌功能对男性生殖系统产生不良影响[3]。很多最近的研究表明,DDT和它的代谢产物可以诱导组织或细胞发生凋亡,但是关于它们对男性生殖系统作用的报道较少。本研究的目的就是从体内和体外两个方面探讨p,p-DDE对睾丸细胞凋亡的影响。鉴于p,p-DDE 具有脂质过氧化作用并损伤线粒体的功能,以及线粒体在细胞凋亡中的重要作用,我们还研究了线粒体及其相关蛋白在p,p-DDE诱导细胞凋亡中的作用。
丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是指可以从细胞膜转导至细胞核的酪氨酸/丝氨酸激酶,在细胞增殖、存活、分化和凋亡中起着重要的作用。很多有机氯农药已被证明具有诱导MAPK 磷酸化的作用,但是对p,p-DDE的研究较少,尤其缺乏它在男性生殖系统的研究。我们以前的研究发现p,p-DDE可以诱导支持细胞ERK 磷酸化作用。在本研究中,我们探讨了MAPK 另外两个与细胞凋亡相关的通路P38和JNK的磷酸化作用在p,p-DDE诱导支持细胞凋亡中的作用。
本研究的目的就是从体内和体外两个方面探讨p,p-DDE对睾丸细胞的氧化应激、线粒体凋亡通路和MAPK信号转导通路的影响,并观察它对睾丸细胞凋亡的影响,进而揭示MAPK、线粒体凋亡通路、氧化应激与细胞凋亡之间的关系。
第一部分:p,p-DDE诱导睾丸支持细胞凋亡机制的研究
一、抗氧化剂NAC对p,p-DDE 抑制大鼠睾丸支持细胞活力的拮抗作用
目的:探讨p,p-DDE对支持细胞活力的影响。
方法:对离体培养的支持细胞分别用不同终浓度的10、30、50、70μmol/L p,p-DDE 染毒24h,以及300μmol/L NAC 预处理1h后再染毒50μmol/L p,p-DDE,用MTT 比色法测其在490nm的吸光度值。
结果:p,p-DDE 达到30μmol/L时,与溶剂对照组比,吸光度值显著下降,差异有统计学意义(P<0.05);p,p-DDE 达到50μmol/L时,细胞存活率达到70%,300μmol/L NAC 预处理可以显著增加细胞存活率。
结论:p,p-DDE可以抑制支持细胞存活力,NAC 预处理可以拮抗p,p-DDE的细胞毒作用。
二、p,p-DDE对支持细胞总SOD活力、MDA含量、ROS、线粒体膜势能的影响,及NAC的拮抗作用
目的:检测p,p-DDE 染毒后支持细胞总SOD活力、MDA含量、ROS、线粒体膜势能的影响。
方法:用SOD和MDA 试剂盒测定不同终浓度的p,p-DDE(10、30、50μmol/L)染毒24h后,支持细胞内的总SOD活力和MDA含量。用流式细胞仪测定支持细胞内ROS和线粒体膜势能。
结果:所有剂量的p,p-DDE可减小支持细胞总SOD活力,30、50μM p,p-DDE增强MDA含量,差异均有统计学意义(P<0.05)。所有剂量的p,p-DDE可减少支持细胞线粒体膜势能,50μmol/L的p,p-DDE可显著增加支持细胞内ROS的含量,300μmol/L NAC可以显著抑制线粒体膜势能的降低和ROS的增高,差异均有统计学意义(P<0.05)。
结论:p,p-DDE可以诱导氧化应激引起的线粒体功能破坏。
三、p,p-DDE对支持细胞线粒体相关基因细胞色素c、Bax、Bak、Bcl-w表达的影响及NAC的作用
目的:检测p,p-DDE对支持细胞细胞线粒体相关基因细胞色素c、Bax、Bak、Bcl-w表达的影响及NAC的作用。
方法:采用实时荧光定量PCR 测定支持细胞中细胞色素c、Bax、Bak、Bcl-w mRNA的表达水平。采用Western blotting 测定支持细胞中Bax、Bak、Bcl-w和胞浆中细胞色素c表达水平。
结果:30、50μmol/L的p,p-DDE可显著增加支持细胞内细胞色素c、Bax、Bak mRNA表达水平,Bcl-w mRNA表达水平变化不明显,RNA 合成酶抑制剂放线菌素D可以拮抗细胞细胞色素c、Bax、Bak mRNA的改变。
30、50μmol/L的p,p-DDE可显著增加支持细胞内Bax、Bak、胞浆内细胞色素c 蛋白表达水平,50μmol/L的p,p-DDE可显著降低支持细胞内Bcl-w 蛋白表达水平,NAC可以拮抗细胞色素c、Bcl-w的改变。
结论:p,p-DDE可以影响基因转录和通过氧化应激途径影响支持细胞线粒体基因的表达。
四、p,p-DDE对支持细胞p38和JNK 磷酸化表达水平的影响及NAC的作用
目的:p,p-DDE对支持细胞p38和JNK 磷酸化表达水平的影响及NAC的作用。
方法:采用Western blotting 测定支持细胞中p38和JNK 蛋白磷酸化表达水平的影响。
结果:30、50μmol/Lp,p-DDE可显著增加支持细胞p38的磷酸化,所有剂量的p,p-DDE可显著增加支持细胞JNK的磷酸化,NAC可以拮抗p38和JNK的磷酸化改变。
结论:p,p-DDE可以诱导氧化应激引起的MAPK 磷酸化。
五、氧化应激、MAPK信号转导、基因转录在p,p-DDE诱导支持细胞凋亡中的作用
目的:p,p-DDE对支持细胞凋亡的影响及其与氧化应激、MAPK 磷酸化、基因转录的关系。
方法:对离体培养的支持细胞分别用10、30、50μmol/L p,p-DDE 染毒24h,以及300μmol/L NAC、1nM 放线菌素D、10μmol/L SB203580。
结论:p,p-DDE可以通过氧化应激、p38和基因转录诱导支持细胞凋亡。
第二部分p,p-DDE对断乳期SD大鼠睾丸细胞凋亡的影响
一、p,p-DDE对断乳期SD大鼠脏器系数的比较和常规的HE 染色结果
目的:不同浓度p,p-DDE 腹腔注射后大鼠脏器系数的比较和常规的HE 染色结果。
方法:用不同浓度的p,p-DDE(0、20、100mg/kg)及阳性对照氟他胺(40mg/kg)隔天对断乳期大鼠染毒10天后,处死动物,称重脏器,HE 染色观察大鼠睾丸组织形态学改变。
结论:p,p-DDE可以引起睾丸组织发生病理学改变。
二、p,p-DDE对大鼠睾丸细胞凋亡的影响
目的:检测p,p-DDE对大鼠睾丸细胞凋亡的影响。
方法:用TUNEL免疫组织化学的方法检测p,p-DDE对大鼠睾丸细胞凋亡的影响。。
结论:p,p-DDE可以诱导大鼠睾丸细胞凋亡。
三、p,p-DDE对大鼠睾丸组织总SOD活力、MDA含量和GSH-Px活性的影响
目的:p,p-DDE对大鼠睾丸组织总SOD活力、MDA含量和GSH-Px活性的影响。
方法:用SOD、MDA和GSH-Px 试剂盒测定睾丸组织总SOD活力、MDA含量和GSH-Px活性。
结论:p,p-DDE可以诱导氧化应激,引起脂质过氧化。
四、p,p-DDE对大鼠睾丸组织Bax、Bak、Bcl-w表达的影响
目的:p,p-DDE对大鼠睾丸组织Bax、Bak、Bcl-w mRNA表达的影响。
方法:采用实时荧光定量PCR 测定睾丸组织中Bax、Bak、Bcl-w 在mRNA上的表达水平;采用Western blotting 测定睾丸组织中Bax、Bak、Bcl-w 在蛋白上的表达水平。
结果:40mg/kg 氟他胺、100mg/kg p,p-DDE可以诱导睾丸组织Bax、Bak在RNA和蛋白水平表达升高,但对Bcl-w 影响不明显。
结论:p,p-DDE可以影响Bax家族中抗凋亡和诱凋亡基因和蛋白表达水平。