花青素通过调控PGC-1α/ERRs拮抗砷致认知功能损伤的机制研究

Endemic arsenicosis causes multiple organ system damage. It is one of the key endemic diseases in our country. In recent years, nervous system damage due to arsenic exposure has been wildly studied and attracted the attention by many researchers. Among them, it is one of the main research hot spots to find an effective antagonistic drug by studying the mechanism of oxidative stress in arsenic-induced nervous system damage. PGC-1α / ERRs are invoved in mitochondrial synthesis, which is closely related to oxidative stress, and arsenic can affect the expression of PGC-1α. Anthocyanins can pass through the blood-brain barrier and antagonize the oxidative stress response to play a protective role, but the exact mechanism is unknown. Combined with our previous findings, the nerve cell is damaged by arsenic-induced oxidative stress. For that reason, this study intends to use in vivo and in vitro experiments of arsenic-induced cognitive impairment and anthocyanin intervention, focusing on the following: (1) PGC-1α / ERRs participate in the injury process by affecting oxidative stress. (2) The key factor of anthocyanins play a protective role is associated with PGC-1α / ERRs. This study is of great significance for finding a protective factor that can antagonize the damage of the arsenic nervous system and has a certain innovation in the field of endemic arsenism, which will provide a new scientific basis for prevention and control of arsenic poisoning.

地方性砷中毒可引起多个器官系统损伤，是我国重点防治地方病之一。近年来，砷致神经系统损伤引起众多研究者的关注，其中以研究氧化应激损伤机制来寻找有效拮抗药物为主要研究热点之一。PGC-1α与ERRs参与线粒体合成，与氧化应激关系密切，且砷能影响PGC-1α的表达。花青素能穿过血脑屏障，拮抗氧化应激反应来发挥保护作用，但具体机制不详。结合本课题组以往研究发现，砷通过诱导氧化应激对神经细胞造成损伤。为此，本研究拟利用砷致认知功能损伤及花青素干预的体内和体外实验，重点研究：(1) PGC-1α/ERRs通过影响氧化应激，参与损伤过程。(2) 花青素发挥保护作用的关键因素与PGC-1α/ERRs有关。本课题对于寻找能拮抗砷致神经系统损伤的保护因素具有重要意义，在地方性砷中毒领域具有一定创新性，将为砷中毒防治提供新的科学依据。

地方性砷中毒可引起多个器官系统损伤，是我国重点防治地方病之一。近年来，砷致神经系统损伤引起众多研究者的关注，其中以研究氧化应激损伤机制来寻找有效拮抗药物为主要研究热点之一。为此，本研究建立了砷致认知功能损伤及花青素干预的体内和体外实验模型。体内实验结果显示，灌胃8周0mg/kg的NaAsO2溶液对大鼠的体重、脑重及脑重/体重比影响不显著，但Morris水迷宫行为学实验结果显示，花青素可改善砷降低的大鼠在目标象限停留的时间百分比。血、脑、尿总砷水平呈剂量依赖式升高，花青素干预组有降低血、脑、尿总砷水平的趋势。花青素降低血清中MDA含量，升高CAT、SOD、T-AOC酶活力来改善10mg/kg砷组升高的MDA含量或降低CAT、SOD、T-AOC酶活力。但对GSH-PX酶活力的影响不显著。与对照组相比，各砷组细胞呈现不同程度的病理变化，随着砷暴露量的增加，海马 CA1 区细胞逐渐减少，排列不整，形态模糊，可见数量不等深染成蓝紫色的细胞，部分可见核边界不清、肿胀细胞。与高砷组比较，高砷和花青素共处理组的病理结构有改善。与此同时，超微机构也发生变化，各剂量组出现不同程度的线粒体数量减少，嵴排列紊乱，体积相对减少，结构不完整，线粒体肿胀，甚至空泡状，溶酶体增多，脂褐素增多。与高砷组比较，高砷和花青素共处理组的超微结构有改善。免疫组化结果显示，高砷和花青素共处理组的表达有改善砷致NRF1、NRF2、PGC-1α、TFAM阳性表达降低和8-OHDG升高的趋势，其中NRF1的改善最为明显。体外实验也发现，细胞活性随着NaAsO2浓度的增高而降低，半数致死率IC50大约在10 µM。而不同浓度的花青素有剂量依赖的趋势改善砷致大鼠海马神经元活力降低，其中200μg/mL干预24小时改善最显著。综上所述，砷通过诱导氧化应激对大鼠神经细胞造成损伤，其中NRF1/NRF2/PGC-1α/TFAM可能通过影响氧化应激，参与损伤过程。花青素发挥保护作用的关键因素与NRF1/NRF2/PGC-1α/TFAM有关。此外，本研究还观察到砷能导致小脑颗粒神经元损伤与其诱导的氧化应激有关，从而证实了小脑也是砷致神经系统损伤的重要的靶器官。