铜暴露诱导小鼠认知障碍、神经元细胞氧化损伤和铜死亡

【作者】 张颖； 周倩； 卢璐； 施伟； 张虎； 浦跃朴； 尹立红；

【机构】 东南大学公共卫生学院环境医学工程教育部重点实验室；

【摘要】 目的环境流行病学研究表明铜暴露是神经退行性疾病的危险因素。作为必需微量元素,铜参与体内关键过程,包括线粒体呼吸,电子转移和铁摄取,抗氧化防御,神经递质合成和代谢等。然而,铜超载可以诱导氧化应激和细胞毒性,从而导致不良结局态。在这项研究中,我们旨在探讨铜暴露对小鼠认知功能、神经元细胞氧化应激以及铜死亡的影响。方法将30只4周龄雄性C57BL/6J小鼠自由饮水铜暴露3个月。采用Morris水迷宫试验分析小鼠的学习记忆能力,ICP-MS分析小鼠海马组织、尿液和血清铜水平,ELISA分析海马组织氧化应激水平,免疫组化分析海马组织病理损伤和NeuN抗体的表达,TUNEL分析细胞凋亡水平,Western blot检测蛋白表达情况。在体外采用海马神经元HT22对细胞活性、凋亡、氧化应激水平、Nrf2/Keap1信号通路相关蛋白,以及铜死亡相关蛋白表达进行验证。结果水迷宫结果显示小鼠定位导航和空间探索的目标象限潜伏期和平台潜伏期明显增加(P<0.05),ICP-MS结果显示海马组织铜含量和尿铜水平增加(P<0.05),血清铜差异无统计学意义。HE染色结果显示铜暴露导致海马神经元病理损伤,ELISA结果表明细胞凋亡和氧化应激水平增加(P<0.05),Western blot结果显示Nrf2/Keap1信号通路相关蛋白Nrf2、HO-1和NQO1表达增加(P<0.05),Keap1表达减少,铜死亡相关蛋白FDX1和Fe-S表达减少(P<0.05),酯酰化DLAT和蛋白毒性应激标志物HSP70表达增加(P<0.05)。体外研究与动物研究结果一致。结论铜暴露诱导小鼠认知功能障碍,促进铜在脑组织积累和尿液排泄;铜诱导小鼠海马组织氧化损伤,激活Nrf2/HO-1/NQO1抗氧化防御系统;铜暴露促进神经细胞死亡可能和铜死亡信号通路的激活有关。更多还原