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锰是生物体必需的微量元素之一，作为一些生物物质的组成部分和一些酶类的活性基团，参与多种生理反应。但过量的接触锰会对机体造成多种不良影响。其中对心脏功能的损伤是其毒性作用中重要的一部分。有大量文献表明锰的心脏毒性作用，对其心脏毒性的研究涉及临床、器官、组织等各个方面。但是对其作用机制的研究还很欠缺，尤其是在细胞和分子水平的研究。本论文诣在对锰的心肌毒性在细胞水平的作用机制进行初步的研究探讨。实验主要围绕心肌细胞L-型钙通道和钙稳态、细胞内活性氧水平的变化和细胞凋亡三方面展开。实验应用电生理学研究仪器膜片钳，采用全细胞记录模式研究了锰对心肌细胞L-型钙通道的作用。研究发现，心肌细胞L-型钙通道是锰的作用靶点之一，50μM Mn2+和100μM Mn2+可以使细胞的跨膜电流密度降低35.7％和68.2％。而且，在锰离子作用下，L-型钙通道的稳态激活时间推迟和稳态失活时间提前，各项参数都有不同程度的变化。因为形成L-钙通道孔蛋白的α1亚基的表达水平与通道电流的密度有密切关系，并且对通道开放关闭的性质也有决定作用，所以我们应用RT-PCR技术检测了两类心肌α1亚基α1C／Cav1.2和α1D／Cav1.3mRNAs在锰离子作用下的表达情况。结果发现，α1C／Cav1.2 mRNA的表达随着锰离子浓度的升高而降低，而α1D／Cav1.3 mRNA的表达几乎不受锰离子的影响。应用共聚焦显微镜对细胞内钙离子进行连续观察结果发现锰离子可以使细胞内钙荧光发生一个缓慢的、连续的升高，并且随着毒害离子浓度的升高，趋势也愈加强烈。研究结果明确表明锰离子对心肌细胞L-型钙通道的具有抑制作用，还可以导致其相关蛋白亚基α1C／Cav1.2分子水平的减少，由此进一步加强了锰离子对L-型钙通道的负性作用。细胞内的钙超载可能介导了基因表达的调控过程，可能来源于细胞内钙库的释放，也说明L-型钙通道的功能异常会导致细胞内钙稳态的变化。实验还应用流式细胞仪和共聚焦显微镜对锰离子作用下心肌细胞内的活性氧变化以及对线粒体膜电位的影响进行了研究。结果发现锰可以使心肌细胞内的总的氧化水平升高，其中过氧化氢为主要升高的活性氧。还发现锰离子作用下心肌细胞内的谷胱甘肽含量发生明显下降，在GSH-EE存在下，过氧化氢含量又明显降低，说明锰离子导致的过氧化氢的过量积累主要原因是由于细胞内谷胱甘肽含量的减少导致了对过氧化氢的清除速度减慢。也说明GSH-EE可以有效的清除细胞内过量的过氧化氢。锰离子还可以使心肌细胞线粒体膜电位下降，而且在高浓度锰离子作用下膜电位下降更加明显，当谷胱甘肽增加的情况下，膜电位又有很明显的恢复，表明过量的过氧化氢可能参与了对线粒体膜的损伤。本部分实验结果说明锰离子对心肌细胞的氧化伤害主要是由于细胞内的抗氧化物质谷胱甘肽的降低导致了过氧化氢的过量积累，因此造成对线粒体膜的伤害，造成膜电位的降低。锰离子还可以诱导心肌细胞凋亡过程的发生。通过测定线粒体脱氢酶活性确定锰离子可以引起NRVM的细胞毒性反应，当以0、50、100、500和1500μM浓度的锰离子孵育细胞24小时后，500μM，1000gM和1500gM锰离子浓度对细胞有明显的毒性效应，细胞的生活率分别为对照组的82％±6.13，78％±5.28和66％±4.22（p＜0.05）。当以同样的浓度处理细胞48小时后，各处理组的细胞活性都有明显下降。实验选取500μM锰离子浓度来检测细胞的凋亡，结果发现，在24小时的孵育后，细胞的凋亡百分比由4％±0.84上升到7％±1.16，经过48小时的孵育，细胞的凋亡百分比上升到11％±0.91，而正常培养24小时和48小时后细胞的凋亡情况没有明显的改变。而且在锰离子分别作用24小时和48小时后，细胞的坏死情况也都没有明显变化，说明锰离子作用48小时以内主要促进的是心肌细胞的凋亡过程。凋亡细胞可明显观察到DNA片断化和核固缩两个典型的核凋亡形态，说明锰离子诱导的细胞凋亡过程中DNA受到的严重损伤。Bcl-2、Bax和P53是细胞凋亡过程中重要的调节蛋白，尤其是P53是响应DNA损伤而高表达的凋亡蛋白，它的升高还可以继续调节许多凋亡蛋白基因的表达，为了确定这些调节蛋白是否参与了锰离子诱导的心肌细胞凋亡，我们在500μM锰离子浓度下孵育48小时后对心肌细胞Bcl-2，Bax和P53 mRNAs表达进行了检测。结果发现Bcl-2 mRNA的表达在锰离子处理后有明显下降，而Bax和P53mRNAs的表达量却表现出明显的升高。本部分实验结果证明锰离子对心肌细胞毒性作用可损伤心肌线粒体并促进心肌细胞的凋亡，P53，Bcl-2和Bax凋亡蛋白都参与了心肌凋亡过程，P53蛋白表达的增加可能导致了Bcl-2表达降低和Bax表达的上升。本论文的研究主要发现有：1)心肌细胞L-型钙通道和线粒体是锰毒性的作用靶点，锰离子可以引起L-型钙通道组成蛋白分子水平的变化，在阻断L-型钙通道的同时又导致细胞内钙的释放，造成细胞钙超载。2)锰离子还可以导致细胞内抗氧化物质谷胱甘肽含量的减少，致使过氧化氢的过量积累，对线粒体膜造成伤害，引起线粒体膜电位的下降。3)线粒体脱氢酶的活性降低是锰作用下心肌细胞活性的下降的主要原因，并可导致细胞的凋亡。为现有的关于锰的心肌毒性的研究提供了切实实验证据，也是对这方面研究的重要补充，具有重要意义。