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随着现代工业的快速发展,环境中的金属污染问题日益严重。锰是人和动物体内必需的微量元素,但同时锰也是环境污染物。每年大约有3700吨的锰被释放到环境中,造成环境中锰含量逐渐增加。锰以各种方式在生态系统中迁移循环,可通过不同的摄入途径积累于动物体,最终会导致动物死亡及影响动物性食品安全;锰富集于动植物可经过食物链由人体吸收。摄入过多的锰会在体内过量蓄积,可导致以黑质中失去多巴胺能神经元及细胞内出现异常蛋白为特征的类似帕金森病的神经退行性疾病,但是发病机制还不完全清楚。目前由于锰产生毒性作用的原因有多种,而且存在广泛的易感群体,因此锰的毒性作用及慢性低浓度锰暴露已成为公共健康卫生广泛关注的议题。本研究应用蛋白质组学、代谢组学高通量分析等技术,在整体水平系统分析锰暴露产生毒性作用时体内蛋白质及小分子代谢产物组成的变化及其代谢通路。主要研究内容及结果如下:1.构建锰中毒大鼠模型。饮用水中添加200 mg/L的锰,持续暴露5周。动物行为学视频分析系统显示,与正常对照组相比,模型组大鼠出现运动行为学改变,旷场试验中运动区域和距离明显减少;血浆和大脑中出现神经退行性疾病典型病理特征:β-淀粉样蛋白1-40(Αβ1-40)的水平明显升高。2.锰在体内分布并不均匀,锰暴露能引起肝损伤及肠道炎症。锰暴露产生毒性过程中对体重并无明显影响;但是肝指数显著降低;血清中胆固醇水平显著升高;病理组织学显示,肝脏出现广泛的肝细胞变性、坏死、细胞核溶解等病变;提示长期高浓度锰暴露具有一定的肝损伤作用;十二指肠肠绒毛可见嗜酸性粒细胞浸润、红细胞堆积、顶端细胞变性坏死等病变,说明经口锰暴露可引起肠道炎症。锰、铜、铁、锌四种金属微量元素在各器官中的分布并不相同,含量由高到低分别为:Fe>Zn>Cu>Mn;其中,锰在肝脏中的含量最高,肝损伤可能与锰在肝组织富集有关。3.锰暴露改变了肠道黏膜蛋白表达谱。本研究利用iTRAQ定量蛋白质组学技术,共鉴定到十二指肠黏膜蛋白质组3012个;有显著性差异的蛋白有175个,其中67个蛋白点表达明显上调,108个蛋白点表达明显下调;GO注释和KEGG通路分析表明,这些蛋白主要与胰腺分泌、蛋白质消化吸收、脂肪消化吸收、氨基酸生物合成、脂质新陈代谢、老年痴呆症和帕金森症、矿物质吸收等代谢及信号传导通路有关;差异蛋白中Prss1、Cela2a、Ctrl、Cela3b等16种蛋白质在互作蛋白的相互作用网络中有多种作用,可能参与调控多种生命活动,被认为是关键节点蛋白。4.锰暴露扰乱了血浆代谢谱。本研究应用UHPLC-Q-TOF/MS的非靶向代谢组学技术共鉴定到与锰暴露有关的36种血浆代谢物,其中12种代谢物显著上调,24种代谢物明显下调;这些代谢物主要涉及嘌呤代谢、氨基酸代谢和脂肪酸代谢。牛磺脱氧胆酸（Taurodeoxycholic acid）、5-羟吲哚乙酸盐（5-Hydroxyindole acetate）、色胺（Tryptamine）、尿刊酸（Urocanic acid）、3-甲氧基-4-羟苯基乙二醇硫酸盐（3-methoxy-4-hydroxyphenyl glycol sulfate）、D-脯氨酸（D-proline）、β-羟基丙酮酸（bata-hydroxypyruvic acid）、硬脂酰胺（Stearamide）等可能是锰暴露潜在的生物标志物。5.锰暴露激活了外周血T淋巴细胞,引起炎症反应,导致抗氧化能力降低。流式细胞仪检测结果表明,锰处理组外周血CD3+、CD4+T淋巴细胞的比例明显高于对照组;ELISA检测发现血浆中一氧化氮（NO）、γ–干扰素（IFN-γ）、NF-κB等炎性细胞因子大量表达;抗炎性细胞因子IL-10的水平明显低于对照组;Western blot显示大脑中胶质纤维酸性蛋白（GFAP）大量表达,说明锰暴露会导致T淋巴细胞活化及全身的炎症反应,进而激活了星形胶质细胞。另外,锰暴露能明显抑制以微量元素为活性中心的抗氧化酶:谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化氢酶（CAT）的活性,从而使机体的总抗氧化能力（T-AOC）降低。综上所述,锰诱导产生的组织和神经元损害机制包括:肝损伤、引起肠道炎症、改变肠黏膜蛋白表达谱、扰乱血浆代谢谱、激活外周血T淋巴细胞、产生炎症反应、抗氧化能力降低。这些结果极大的丰富了锰的毒性作用机制,为锰中毒的早期诊断、治疗、动态监测等提供理论基础。