体外血脑屏障模型用于神经毒物筛检的研究

发布时间：2019-10-23 10:45

【摘要】：中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所背景：随着越来越多的化学品进入人类生产、生活环境当中,化学性神经毒害已引起广泛关注。对潜在神经毒性化学物进行早期甄别筛检,是对化学物进行有效管理和防控化学性神经危害的有效途径。然中枢神经系统(central nervous system, CNS)固有的复杂性,使得对具有神经毒性化学物的判定过程困难重重,这是化学物神经毒理研究和化学性神经危害控制面临的挑战之一。近年来,不断有学者将目光转向血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)。由于BBB的存在,大大限制了外源化学物进入CNS的数量。这种阻碍作用降低外源化学物可能对大脑的损害作用。另一方面,若存在化学物能够对BBB产生影响,破坏其屏障功能,则大量化学物就可轻易进入CNS,继发脑损害风险就会大大增加。因此,利用化学物影响下的BBB通透性改变情况来预测该化学物是否具有神经毒性潜性具有实际合理性。在体动物实验保持了BBB结构完整性,能够获得更接近实际的信息,但是实验混杂因素不易控制,并且操作繁琐,时间和经济耗费大,不适合进行规模化的毒性筛选。体外模型具有开发方便、筛检高效等特点。利用细胞培养技术建立以BBB为基础的符合筛检要求毒性筛检平台,是针对化学物进行神经毒性筛检技术发展的一种趋势。目的：建立由BBB通透性毒性筛检模型和星型胶质细胞(astrocytes, As)功能测试模型结合的化学物神经毒性体外筛检平台,并形成相应的毒性筛检策略。利用已建立的神经毒性化学物体外筛检平台,对所选15种目标化学物进行潜在神经毒性筛检判定,提供化学物神经毒性数据资料。方法：(1)利用细胞培养(Wistar大鼠脑微血管内皮细胞(brain capillary endothelial cells, BCECs)和As)建立化学物神经毒性体外筛检平台。该平台设计由BBB通透性毒性筛检模型和As功能测试模型“二阶”模型构成；(2)利用建立的化学物神经毒性体外筛检平台对15种目标化学物进行潜在神经毒性筛检判定,并根据筛检结果对化学物进行分类。结果：(1)建立了由BBB通透性毒性筛检模型和As功能测试模型(As功能指标包括谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)、胶质源性神经生长因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)和葡萄糖转运体(glucose transporter typel, GLUT1))结合的神经毒性的体外毒性筛检平台,并配以与之相适应的毒性筛检策略；(2)利用平台测试15种化学物结果显示：乙酸铅、硝酸铅、硫酸铝、硫酸锰、乙酸锌、氯化镉和秋水仙素7种化学物可明显增大BBB通透性；乙酸铅、硝酸铅、硫酸铝、硫酸锰、氯化镉和秋水仙素能不同程度降低As中GS含量；乙酸铅、硝酸铅、硫酸铝、硫酸锰、氯化镉、秋水仙素和异丙醇可显著影响As合成GDNF的量；硝酸铅、硫酸铝、硫酸锰、乙酸锌、氯化镉、秋水仙素和异丙醇对As表达GLUT1有显著影响。结论：(1)由“二阶”模型(BBB通透性毒性筛检模型和As功能测试模型)和毒性“分层”筛检策略构成的化学物神经毒性筛检平台,准备周期短、使用方便,可对化学物神经毒性潜性进行快速预判；(2)利用该平台进行的15种化学物神经毒性筛检结果,在提供化学物相关毒性数据资料的同时,根据其毒性归类划分,可对具有神经毒性潜性的化学物采取针对性的管理和危害防控措施。
【学位授予单位】：中国疾病预防控制中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R741

【参考文献】