目的:稀土元素（rare earth elements，REEs）包括轻稀土元素，以镧、铈为代表和以钇、镥为代表的重稀土元素。镧(Lanthanum，La)，缘于其性质活泼和在自然界中较为丰富被作为研究REEs毒作用的代表物质。研究已经表明REEs可经口，呼吸道和皮肤吸收等途径进入机体，并在多种组织器官中蓄积。Feng的研究发现大鼠连续6w经灌胃摄入氯化镧（lanthanum chloride，LaCl3）(2 mg/kgBW/day)后，海马中的La含量为0.014±0.007μg/g。自孵化期E9至E16每日注射2 mg/kg LaCl3后，小鸡大脑中的La可达0.029±0.011μg/g。仔鼠自孕期至断乳后经饮水染La(0.5％ LaCl3)后大鼠海马中镧含量接近0.04μg/g。据此，认为镧可穿透血脑屏障进入大脑组织并在中枢神经系统(central nervous system，CNS)中蓄积。小剂量的稀土元素可引起hormesis效应，然而高剂量可对机体多系统多脏器造成损害，其中神经系统相较于其他组织和器官更为敏感。流行病学调查结果显示居住于稀土矿区的儿童，其血REEs含量达2.18±1.08 ng/g时会表现出智商和认知水平明显下降，动物实验表明，REEs可导致CNS发育缺陷。镧暴露后小鸡的长期记亿受到损伤。Morris water maze试验结果发现，与对照组相比，亚慢性暴露于LaCl3的大鼠的学习记忆能力显著下降。以上的研究表明镧具有明显的神经毒性。因此，随着REEs的普遍应用，脑中累积的镧对神经系统的损害作用不容忽视，但其确切的机制至今仍不清楚。　　有研究显示LaCl3可造成原代培养大鼠大脑皮层星形胶质细胞的严重损伤，而且LaCl3可诱发原代培养大鼠大脑皮层神经元胞内产生过量的活性氧(reactiveoxygen species，ROS)。ROS水平过高是组织细胞内发生氧化应激的一个重要标志。核因子NF-E2相关因子（nuclear factor erythroid2-related factor, Nrf2）-抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)信号通路是组织细胞应答氧化应激反应最重要的防御体系之一。一旦暴露于ROS，Nrf2就会与其胞浆内抑制蛋白(Kelch-like ECH-associated protein1，Keap1)解离，转位入核，与小MAF蛋白结合形成异二聚体后再绑定于ARE序列，从而驱动Nrf2依赖性基因的转录和表达，这包括解毒酶类和抗氧化酶类基因。例如血红素加氧合酶1(haemeoxygenase1，HO-1)，依赖还原型辅酶醌氧化还原酶1(NADP(H): dehydrogenasequinone1，NQO1)，γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamylcysteine synthethase，γ-GCS），谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S transferase，GST)，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)，谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)，谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，GR)等，在神经细胞抵御由化学毒物引发的氧化损伤方面发挥极为重要的作用。Nrf2-ARE信号通路活化可拮抗H2O2诱发的大鼠大脑星形胶质细胞凋亡和坏死，增加神经元对谷氨酸毒性的耐受能力，而Nrf2缺失或活化受抑的神经细胞会增加对化学毒物所致的氧化损伤、钙稳态失调和线粒体损伤的敏感性。更为有趣的是，有研究显示Nrf2和其下游的信号分子与学习记忆过程有很大的相关性。基于以上的研究结果，本次研究采用整体动物与体外细胞培养相结合的方法，应用神经行为学、组织病理学、生物化学与分子生物学等技术手段，从ROS生成水平，Nrf2-ARE信号通路活化状态以及抗氧化酶的活性与、表达调控等不同层面探讨镧对神经系统的损伤与Nrf2-ARE信号通路之间是否存在联系，为进一步阐明镧的神经毒作用机制，寻找有效干预的分子靶点提供更新的试验资料与科学依据。　　研究方法:整体动物试验，由实验动物中心（中国医科大学）提供的健康成年Wistar大鼠总计100只（雌性∶雄性=1∶1），体重260±10g，于动物室饲养1w左右以适应周围环境。根据随机化原则将雌鼠分为对照组和少，低，中，高剂量染镧组，每组10只动物。将雌性和雄性大鼠按照1∶1同笼进行交配，次日清晨发现阴栓或阴道分泌物镜检有精子者记为妊娠第0d，然后孕鼠单笼饲养并自由摄水。各组子一代大鼠自出生后分别暴露于含0，0.125％ LaCl3，0.25％ LaCl3，0.5％ LaCl3，1.0％ LaCl3的蒸馏水溶液。子代大鼠在断乳前经由吸吮母乳染镧，断乳后则通过自行饮水摄入相应浓度的LaCl3蒸馏水溶液，至断乳后2个月结束，进行各项指标测定。采用Morris水迷宫测定仔鼠的学习记忆能力，采用透射电子显微镜技术观察仔鼠海马神经细胞超微结构变化，采用DCFH-DA荧光探针检测海马神经细胞内ROS水平，采用real time PCR法和western blot方法检测仔鼠海马神经细胞内Nrf2，NQO1，HO-1，γ-GCS，GST，SOD，GSH-Px1，GR mRNA转录和蛋白表达水平。　　体外试验使用出生24 h之内的wistar仔鼠进行大脑皮层神经元和星形胶质细胞的原代培养。采用神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase，NSE)和神经胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）鉴定神经元和星形胶质细胞。采用DCFH-DA荧光探针检测细胞内ROS水平，采用AnnexinⅤ/PI双染测定细胞凋亡/坏死率，采用细胞免疫荧光法观察Nrf2核转位水平变化，采用real time PCR法和western blot方法检测神经元和星形胶质细胞内Nrf2，NQO1，HO-1，γ-GCS，GST，SOD mRNA转录和蛋白表达水平。使用Nrf2蛋白稳定剂叔丁基对苯二酚(Tert-Butylhydroquinone，tBHQ)干预后，对上述各项指标进行再次测定，验证镧所致氧化应激与Nrf2-ARE信号通路的关联及其对神经元和星形胶质细胞的不利影响。　　结果:1、LaCl3对仔鼠学习记忆能力的影响。Morris水迷宫定位航行试验中，随着染镧剂量增加，仔鼠找到水下平台的潜伏期和游泳距离逐渐增加;与对照组相比，仔鼠寻找平台的路径表现出杂乱，无目的性，用时增加，游泳距离增长。在空间探索试验中，染镧组仔鼠在目标象限的停留时间和穿越目标象限的次数明显低于对照组，搜索平台策略目的性降低，甚至很少进入目标象限。2、LaCl3对仔鼠海马神经细胞超微结构的影响。对照组仔鼠海马内神经细胞结构完整，胞质内细胞器较丰富，棒状或球状的线粒体分布于胞浆内，丰富的内质网周围附着许多呈小颗粒状的核糖体，高尔基体表现正常，多个扁平样囊泡堆积，周围散布着或大或小的运输小泡，核膜边缘光滑连续完整;染镧组仔鼠海马神经细胞内质网，高尔基体，线粒体均受到损伤，表现为数量减少，线粒体出现空泡样变化，溶酶体内内体数量增多，核膜边缘凹凸不平，核膜连续性受到损伤。3、LaCl3对神经细胞内ROS、MDA水平，GSH含量，抗氧化酶活力的影响。体内、体外实验中，LaCl3可造成神经细胞内ROS过量产生，MDA水平增加，GSH含量减少，抗氧化酶活力减弱。4、LaCl3对星形胶质细胞凋亡率/坏死率影响。体外实验中，随着LaCl3处理浓度的增加，星形胶质细胞凋亡率/坏死率逐渐增加。5、LaCl3对Nrf2-ARE信号通路及其靶基因表达水平的影响。随着染镧剂量的增加，Nrf2及其靶基因的mRNA转录和蛋白的表达水平逐渐减少，明显低于对照组。6、使用Nrf2的稳定剂tBHQ后，Nrf2信号通路被活化，促进抗氧化酶活力表达，拮抗镧对神经细胞的损伤作用。　　结论:1、镧可使仔鼠的空间学习记忆能力下降。2、体内、体外试验中，镧可使神经细胞ROS、MDA水平增加，GSH含量减少，抗氧化酶活力降低。3、镧可干扰Nrf2-ARE信号通路，下调其靶基因的表达水平。4、镧可明显影响神经元超微结构，并使神经细胞的凋亡率/坏死率明显升高。5、使用Nrf2的稳定剂tBHQ，可活化Nrf2信号通路，促进抗氧化酶活力，拮抗镧对神经细胞的损伤作用。