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重金属污染因其毒性、蓄积性、来源广泛以及不可降解的性质，引起了人们广泛的关注。来自采矿、冶炼、农业生产、农用化学用品工业、水产养殖、石油化工以及电子工业等的大量重金属进入到环境，造成了严重的环境污染。在自然环境中，常同时存在多种重金属，并且在生物体中富集，通过食物链最终在食物链顶端富集，其毒性作用被放大，人类和动物机体存在的众多疾病，皆与环境中的重金属有关。本论文根据中华人民共和国国家标准——生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)，以铅(Pb，0.01 mg/L)，汞(Hg，0.001 mg/L)，镉(Cd，0.005 mg/L)以及砷(As，0.01 mg/L)四种重金属的最大容许极限值为暴露浓度，研究这四种重金属低浓度单一和混合暴露对小鼠和斑马鱼胚胎的毒性，该研究对人类健康具有重要意义，目前未见相关文献报道。
本文的研究主要从五个方面展开，具体研究内容如下:
1.四种重金属低浓度单一和混合亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾的毒性
以小鼠为研究对象，研究低浓度单一和混合重金属暴露对小鼠脑、肝、肾的毒性。三周龄ICR小鼠40只（雌雄各半），单一和混合重金属暴露120天，结果表明，与单一重金属暴露相比，混合重金属暴露表现出更强的毒性。暴露于Pb+Hg+Cd30天后，小鼠的脑组织质量下降，发生结构性病变，如神经元退化。Pb+Hg+Cd和Pb+Hg+As+Cd暴露下的小鼠，肝脏中的丙二醛(MDA)含量升高，抗氧化能力下降，ALT、AST和ALP含量升高，导致肝细胞损伤。同时，Pb+Hg+As+Cd暴露下的小鼠，肾小管坏死。研究表明，混合重金属暴露毒性具协同作用。可见，环境中的重金属即使是低浓度暴露，依然存在一定的毒性。
2.单一重金属低浓度亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾中必需和非必需元素的影响
以小鼠为研究对象，研究单一重金属低浓度暴露对小鼠脑、肝、肾中必需与非必需金属元素的影响。三周龄ICR小鼠（雌雄各半）分成4组，单一重金属暴露120天，每30天解剖一批，取血液、脑、肝及肾，ICP-AES分析其元素含量。
结果表明，Pb暴露120天后，与空白组相比，小鼠脑组织中的Pb含量升高了61.2％。Hg暴露30天后，脑组织中的Pb和Hg含量分别升高了157％和222％。此外，Pb暴露下的小鼠，脑组织中的Mg和Cu含量分别升高了55.5％和266％，脑中Mg含量升高，是由于暴露过程中大脑防御进行的新陈代谢所致，而Cu含量升高，则是由于CTR1和ATP7A分子的改变和功能性紊乱引起的。As和Cd暴露下，小鼠肝脏中的Ca含量分别降低了56.0％和31.6％，肾脏中Mg、Ca和Fe含量的降低，则是由于重金属与邻近管状内腔中的硫醇基形成的复合物被吸收有关。可见，单一重金属低浓度暴露能破坏小鼠器官内的必需和非必需金属元素间的平衡。
3.混合重金属低浓度亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾中必需和非必需元素的影响
以小鼠为研究对象，研究低浓度混合重金属暴露下，重金属与小鼠器官中必需与非必需金属元素之间的相互作用。三周龄ICR小鼠（雌雄各半），分成6组，每组40只，混合重金属暴露120天，每30天解剖一批，取血液、脑、肝及肾，ICP-AES分析其元素含量。结果表明，暴露30天后，Pb+Cd组脑组织中Pb含量升高了479％，Pb+Hg+As+Cd组肝脏中的Hg含量下降了46.5％，而肾脏中As含量却升高了130％;暴露60天后，Pb+Hg+As+Cd组脑组织中的Cu含量升高了221％;Pb+Hg组肝脏中的Ca含量降低了36.1％。复合指数模型研究表明，金属元素间的相互作用主要表现为协同作用。可见，混合重金属低浓度暴露会影响小鼠组织中有毒和必需金属元素的浓度。
4.四种重金属低浓度单一和混合暴露对斑马鱼胚胎先天免疫基因表达的影响
以斑马鱼胚胎为研究对象，研究单一和混合低浓度重金属暴露下胚胎的先天免疫和抗氧化相关基因的表达。结果表明，单一和混合重金属斑马鱼胚胎120 h暴露，影响其与先天免疫系统相关的基因IL1β、TNF-α、IFNγ、Mx、Lyz、C3B和CXCL-Clc的mRNA水平。与空白组比较发现，暴露于Pb+As和Pb+Hg+Cd后，IL1β基因水平分别上调99％和88.1％;而暴露于As和Pb+As后，TNF-α基因却分别下调73.8％和70.1％。此外，重金属暴露下的抗氧化相关基因的表达也受到影响，如CAT和GPx基因表达上调，而Mn-SOD和Zn/Cu-SOD基因表达却下调。多元分析表明，单一重金属暴露会影响先天免疫基因的表达，而混合重金属暴露则会影响抗氧化相关基因的表达。可见，重金属暴露不仅与氧化应激有关，还可以通过其他途径影响先天免疫和抗氧化基因的表达。
5.四种重金属低浓度单一和混合暴露对斑马鱼胚胎的N-甲基-D-天门冬氨酸受体(NMDAR)，Bcl-2和c-fos基因表达的影响
以斑马鱼胚胎为研究对象，研究单一和混合低浓度重金属暴露下胚胎神经相关基因的表达。斑马鱼胚胎暴露于单一和混合重金属120 h后，采用定量实时聚合酶链反应来评价基因的表达情况。结果表明，N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体亚基(NR2A，NR2B和NR2D)和Bcl-2基因的表达上调。Pb+As和Pb+Cd暴露下，NR2A基因的表达分别上调90％和74％;Pb+As暴露下的NR2A基因表达水平高于单一金属暴露下的基因表达水平。As，Pb+Cd和Pb+Hg+As暴露下，Bcl-2基因的表达水平显著上升，分别上调2.01倍、1.84倍和1.80倍。与空白组比较，NR1A和c-fos基因的表达没有明显差异。主成分分析表明，低浓度单一和混合重金属暴露会影响NMDAR亚基和Bcl-2基因的表达。可见，NMDAR受体亚基和Bcl-2基因表达的改变说明低浓度单一和混合重金属暴露存在毒性。
本文的研究主要从五个方面展开，具体研究内容如下:
1.四种重金属低浓度单一和混合亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾的毒性
以小鼠为研究对象，研究低浓度单一和混合重金属暴露对小鼠脑、肝、肾的毒性。三周龄ICR小鼠40只（雌雄各半），单一和混合重金属暴露120天，结果表明，与单一重金属暴露相比，混合重金属暴露表现出更强的毒性。暴露于Pb+Hg+Cd30天后，小鼠的脑组织质量下降，发生结构性病变，如神经元退化。Pb+Hg+Cd和Pb+Hg+As+Cd暴露下的小鼠，肝脏中的丙二醛(MDA)含量升高，抗氧化能力下降，ALT、AST和ALP含量升高，导致肝细胞损伤。同时，Pb+Hg+As+Cd暴露下的小鼠，肾小管坏死。研究表明，混合重金属暴露毒性具协同作用。可见，环境中的重金属即使是低浓度暴露，依然存在一定的毒性。
2.单一重金属低浓度亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾中必需和非必需元素的影响
以小鼠为研究对象，研究单一重金属低浓度暴露对小鼠脑、肝、肾中必需与非必需金属元素的影响。三周龄ICR小鼠（雌雄各半）分成4组，单一重金属暴露120天，每30天解剖一批，取血液、脑、肝及肾，ICP-AES分析其元素含量。
结果表明，Pb暴露120天后，与空白组相比，小鼠脑组织中的Pb含量升高了61.2％。Hg暴露30天后，脑组织中的Pb和Hg含量分别升高了157％和222％。此外，Pb暴露下的小鼠，脑组织中的Mg和Cu含量分别升高了55.5％和266％，脑中Mg含量升高，是由于暴露过程中大脑防御进行的新陈代谢所致，而Cu含量升高，则是由于CTR1和ATP7A分子的改变和功能性紊乱引起的。As和Cd暴露下，小鼠肝脏中的Ca含量分别降低了56.0％和31.6％，肾脏中Mg、Ca和Fe含量的降低，则是由于重金属与邻近管状内腔中的硫醇基形成的复合物被吸收有关。可见，单一重金属低浓度暴露能破坏小鼠器官内的必需和非必需金属元素间的平衡。
3.混合重金属低浓度亚慢性暴露对小鼠脑、肝、肾中必需和非必需元素的影响
以小鼠为研究对象，研究低浓度混合重金属暴露下，重金属与小鼠器官中必需与非必需金属元素之间的相互作用。三周龄ICR小鼠（雌雄各半），分成6组，每组40只，混合重金属暴露120天，每30天解剖一批，取血液、脑、肝及肾，ICP-AES分析其元素含量。结果表明，暴露30天后，Pb+Cd组脑组织中Pb含量升高了479％，Pb+Hg+As+Cd组肝脏中的Hg含量下降了46.5％，而肾脏中As含量却升高了130％;暴露60天后，Pb+Hg+As+Cd组脑组织中的Cu含量升高了221％;Pb+Hg组肝脏中的Ca含量降低了36.1％。复合指数模型研究表明，金属元素间的相互作用主要表现为协同作用。可见，混合重金属低浓度暴露会影响小鼠组织中有毒和必需金属元素的浓度。
4.四种重金属低浓度单一和混合暴露对斑马鱼胚胎先天免疫基因表达的影响
以斑马鱼胚胎为研究对象，研究单一和混合低浓度重金属暴露下胚胎的先天免疫和抗氧化相关基因的表达。结果表明，单一和混合重金属斑马鱼胚胎120 h暴露，影响其与先天免疫系统相关的基因IL1β、TNF-α、IFNγ、Mx、Lyz、C3B和CXCL-Clc的mRNA水平。与空白组比较发现，暴露于Pb+As和Pb+Hg+Cd后，IL1β基因水平分别上调99％和88.1％;而暴露于As和Pb+As后，TNF-α基因却分别下调73.8％和70.1％。此外，重金属暴露下的抗氧化相关基因的表达也受到影响，如CAT和GPx基因表达上调，而Mn-SOD和Zn/Cu-SOD基因表达却下调。多元分析表明，单一重金属暴露会影响先天免疫基因的表达，而混合重金属暴露则会影响抗氧化相关基因的表达。可见，重金属暴露不仅与氧化应激有关，还可以通过其他途径影响先天免疫和抗氧化基因的表达。
5.四种重金属低浓度单一和混合暴露对斑马鱼胚胎的N-甲基-D-天门冬氨酸受体(NMDAR)，Bcl-2和c-fos基因表达的影响
以斑马鱼胚胎为研究对象，研究单一和混合低浓度重金属暴露下胚胎神经相关基因的表达。斑马鱼胚胎暴露于单一和混合重金属120 h后，采用定量实时聚合酶链反应来评价基因的表达情况。结果表明，N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体亚基(NR2A，NR2B和NR2D)和Bcl-2基因的表达上调。Pb+As和Pb+Cd暴露下，NR2A基因的表达分别上调90％和74％;Pb+As暴露下的NR2A基因表达水平高于单一金属暴露下的基因表达水平。As，Pb+Cd和Pb+Hg+As暴露下，Bcl-2基因的表达水平显著上升，分别上调2.01倍、1.84倍和1.80倍。与空白组比较，NR1A和c-fos基因的表达没有明显差异。主成分分析表明，低浓度单一和混合重金属暴露会影响NMDAR亚基和Bcl-2基因的表达。可见，NMDAR受体亚基和Bcl-2基因表达的改变说明低浓度单一和混合重金属暴露存在毒性。