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雄黄(Realgar)是一味在中药复方中出现频率较高的矿物性中药,现行四大中国国家标准收载全部中药制剂中,含雄黄的制剂多达2.80%(194/6938),同时也是中国国务院在《医疗用药毒性药品管理办法》中特别规定的28种毒性中药之一。临床上由于受传统用药习惯(“中药没有不良反应”或“中药无毒副作用”)的影响,而未科学(长期、超量和不规范)合理使用单味雄黄或其复方制剂引起不良反应或慢性砷中毒事件时有报道,其中不少是新生儿、少儿滥用所致。由此引发的雄黄对人体(尤其少年儿童)健康的影响,已成为人们关注的焦点。雄黄主要成分为二硫化二砷(As2S2)或四硫化四砷(As4S4),另含有少量As2O3[iAs(Ⅲ),即砒霜]和As2O5[iAs(V)]。无机砷在体内经过氧化甲基化和还原,可产生多种甲基化代谢产物,随血液分布到全身各组织器官或系统,造成机体损伤。流行病学调查显示长期暴露砷的儿童注意力、语言能力和长期记忆力均下降。动物实验表明,砷是一种发育毒物,可通过血脑屏障进入脑组织并蓄积,导致实验动物的智力和认知能力等学习和记忆方面的障碍。目前,雄黄暴露对中枢神经系统学习记忆能力损害的分子机理尚不十分清楚。因此,本研究通过Moms水迷宫、新事物识别实验、矿场试验,探讨中药雄黄对大鼠神经行为的影响,观察海马超微结构,海马细胞内钙离子、海马突触间隙Glu含量的变化及NMDA受体亚基mRNA和蛋白的表达,为雄黄对中枢神经系统的毒性机制研究提供理论依据。
材料与方法
清洁级健康Wistar大鼠80只(中国医科大学实验动物中心提供,许可证号:SCXK(辽)2003-0009),雌雄各半,体重60~80 g。饲养环境条件:室温设在24±1℃,相对湿度保持在(50±5)%,室内人工照明(12小时光/暗循环,光照时间6:00-18:00),大鼠自由摄食及饮水。按照体重分层随机分为4个雄黄灌胃剂量组(0、0.3、0.9、2.7 g/kg, n=20),雄黄溶解于5‰羧甲基纤维素钠(CMC-Na)成混悬液。灌胃一日一次,连续染毒6周,每周七天,每三天称量体重1次,每天观察动物的中毒症状。于末次给药2小时后,10%水合氯醛(0.4ml/100g)腹腔注射麻醉,断头,冰浴取大脑,分离海马并立即转入到液态氮中,然后将其存储在-80℃。
第一部分实验:采用Morris水迷宫、新事物识别实验、旷场试验,探讨中药雄黄对大鼠神经行为学的影响。
第二部分实验:采用冷阱捕集-氢化物发生-原子吸收法测定雄黄染毒6周大鼠脑组织形态砷的含量;微透析-高效液相联用检测海马突触间隙Glu含量的变化。
第三部分实验:采用Real-timePCR和Western blot检测NMDA受体亚基mRNA和蛋白的表达;流式细胞仪检测海马细胞内钙离子;电镜观察海马超微结构的变化。
结果
实验表明,在水迷宫实验中,各组大鼠经过训练学习,均可对水下逃逸平台产生空间定位记忆,与对照组比较,各染毒组都表现出寻找平台的潜伏期延长的现象,但没有统计学意义。实验过程中大鼠有目的游动,能有重点的搜索平台表明大鼠存在着记忆能力,在给予大鼠的雄黄剂量增加时,与对照组比较,高剂量组的穿越平台次数的显著减少;新事物识别实验中,对照组相比,中、高剂量组大鼠的识别能力明显降低;在旷场试验中,高剂量组大鼠在中央活动的时间显著增加,表明雄黄可以引起大鼠的学习记忆功能发生障碍。
在大鼠脑组织中检测到MMA和DMA,未检测到iAs。雄黄灌胃6周后,与对照组比较,各剂量组大鼠脑组织中MMA、DMA含量水平均显著增加(P<0.05)。实验结果提示雄黄代谢产物MMA和DMA可通过血脑屏障在脑组织中蓄积,并且脑中MMA、DMA和TAs的量随着雄黄染毒剂量的增加而升高,成功的建立了雄黄暴露大鼠模型,提示长期雄黄暴露下,雄黄中砷可以进入脑组织并蓄积,从而发挥其神经毒性。
与对照组相比,染毒组海马突触间隙Glu含量明显升高,并且随着雄黄染毒剂量的增加而增加,提示雄黄可以导致Glu蓄积从而产生兴奋性毒性。
雄黄暴露6周后,与对照组比较,高剂量组大鼠NR2A亚基的基因和蛋白表达都明显升高,而NR1和NR2B亚基表达没有改变。那么,NR2A亚基表达升高很可能是介导雄黄致大鼠学习记忆障碍的分子机制之一。
在我们的雄黄中毒的大鼠模型中,与对照组相比,中,高剂量组大鼠海马细胞中Ca2+明显升高。Ca2+的超载,可能引起细胞内Ca2+自稳态紊乱,进而线粒体能量代谢障碍,诱导神经细胞凋亡。
海马超微结构的观察发现雄黄暴露大鼠的海马神经元细胞中的线粒体多为嵴减少或空泡化、粗面内质网扩大以及高尔基复合体扩张,这样三个关键细胞器的病理变化会影响细胞的代谢活动。
结论:
1、雄黄暴露可以导致大鼠空间学习记忆能力下降,新事物识别能力的降低,以及旷场认知能力的损伤。
2、雄黄在大鼠体内代谢的甲基化产物MMA和DMA可以通过血脑屏障进入并蓄积脑中,并且脑中MMA和DMA的量随着雄黄染毒剂量的增加而升高。
3、雄黄暴露导致大鼠海马组织中突触间隙Glu含量升高,产生兴奋性毒性。
4、雄黄暴露可使海马细胞内钙离子水平增高,引起钙离子内流。
5、雄黄暴露使大鼠海马NMDA受体NR2A亚基mRNA和蛋白的表达上调,提示NR2A亚基mRNA及蛋白的表达升高可能是引发雄黄暴露大鼠的记忆能力的缺陷的主要原因。
6、雄黄暴露导致海马神经元细胞核膜局部模糊,异染色质增多,胞质内线粒体多为嵴减少或空泡化,粗面内质网中等扩散等超微结构的改变。