慢性砷暴露对小鼠脑和血清代谢组学的影响

发布时间：2020-07-19 05:59

【摘要】：目的观察慢性砷暴露对小鼠皮层及血清代谢组学的影响,探讨其神经毒性机制。方法将12只C57BL/6J三周龄雄鼠,按体质量随机分为2组,暴露组饮用含50 mg/L亚砷酸钠水12周,对照组饮用蒸馏水。暴露结束后,采用氢化物发生一原子荧光光谱法测定脑砷含量;气相色谱/质谱联用法(GC/MS)对砷暴露组和对照组小鼠皮层和血清进行代谢组学研究,运用主成分分析法(PCA)分析比较两组代谢产物的差异,两样本t检验筛选两组间差异性代谢产物,利用代谢途径在线分析工具查找其影响的相关代谢途径。结果砷暴露组脑砷含量高于对照组,差异具有统计学意义(P0.05);砷暴露组大脑皮层中苯丙氨酸、酪氨酸、组氨酸、赖氨酸和柠檬酸含量升高,血清中丝氨酸、甘氨酸、脯氨酸、天门冬氨酸及谷氨酸含量升高,而α-酮戊二酸含量下降。PCA分析显示暴露组与对照组小鼠皮层和血清代谢特征存在差异,差异具有统计学意义(P0.05)。结论慢性砷暴露可通过干扰皮层和血清氨基酸类代谢和三羧酸循环,导致神经递质合成障碍以及干扰能量代谢而影响中枢神经系统功能。
【图文】：

物，利用代谢途径分析在线工具（http://www.metaboanalyst.ca/）查询相关代谢途径。2结果2.1动物一般情况对照组小鼠进食、饮水、活动、大便等正常，被毛光泽，暴露组小鼠饮食正常，未出现动物死亡。与对照组相比，暴露组小鼠出现烦躁、易激惹，被毛出现不同程度的脱落。2.2脑砷含量变化经氢化物发生一原子荧光光谱法测定结果显示：暴露组脑砷含量高于对照组（对照组：0.21±0.03μg/g，暴露组：2.32±0.18μg/g），差异有统计学意义（P<0.05）。2.2代谢组学测定结果暴露组和对照组皮层、血清样本总离子流图如图1所示。GC/MS结果根据MCF质谱数据库鉴定皮层、血清样本色谱图，得到匹配度较好的代谢物分别有80和56种，采用SIMCA-P软件PCA法分析二维分布图和载荷图（图2），如PCA模型图所示，暴露组和对照组可以明显区分开，提示两组样本具有不同代谢特征；载荷图提示组间存在差异性化合物，对差异性化合物进行两样本t检验，结果显示皮层和血清分别有7种和15种代谢物组间差异有统计学意义（P<0.05，表1），利用代谢途径在线分析工具查询差异性代谢物影响的相关代谢途径（表2）。3讨论砷是环境中重要的神经毒物，动物实验表明慢性砷暴露可扰乱中枢神经系统功能，降低小鼠的学习记忆能力［11］；Rodriguez［12］和Kim［13］通过自由饮水方式给C57BL/6J成年雄鼠染毒，暴露剂量为1、10、50和100mg/L亚砷酸钠，4周后，50mg/L组表现为神经行为受损，没有明显中毒症状。因此，本实验采用的染毒剂量为50mg/L，三周龄雄鼠连续暴露12周，通过测定脑砷含量发现暴露组高于对照组，表明砷能够通过血脑屏障在脑组织蓄积发挥其神经毒性，即慢性砷暴露小鼠模型成功建立，与文献报道一致［14］。慢性砷暴露可干扰机体?

-20-1001020t1100-10t2AControlgroupExposedgroup-0.10.00.1p10.1-0.0-0.1-0.2p2-20-1001020t1100-10t20.20.10.0-0.1p2-0.2-0.1-0.00.1p1BCD图2皮层、血清样本PCA得分图和载荷图Fig.2PCAscoringdiagramandloaddiagramofbraincortexandserumsample.A,B:CortexscoringplotsofPCAandloadingplotsofexposedgroup,respectively;C,D:SerumscoringplotsofPCAandloadingplotsofthecontrolgroup,respectively.表1砷暴露组和对照组小鼠皮层、血清差异性代谢物Tab.1DifferenceincortexandserummetabolitesintheexposedandcontrolgroupsTissueCortexSerumMetaboliteCitricacidLysinePhenylalanineHistidineTyrosineCabamicacidItaconicacidAsparticacidTridecaneGlutamicacid2-HydroxyisobutyricacidSerine1,4-Benzenedicarb-oxylicacidMargaricacidEPAPyroglutamicacidProlineα-KetoglutaricacidHydrazine,(2-methylpropyl)-GlycineCyclodecasiloxane,eicosamethyl-3-Methyl-2-oxopentanoicacidMatchpercent(%)76829685878887857295807186838690987880968079Retentiontime(min)16.59926.65620.30027.53828.9625.62610.39316.58711.38018.46510.69317.68116.33722.91627.18016.69415.28813.34711.36011.71424.5838.056Peakvalue(Mean±SD)Controlgroup(n=6)14496082.67±427477.927980448.00±282324.653257108.67±192362.29439262.00±39944.543476661.33±582892.89442235.66±39867.61153580.52±24004.7984672.00±10788.4123110.33±4064.039

物，利用代谢途径分析在线工具（http://www.metaboanalyst.ca/）查询相关代谢途径。2结果2.1动物一般情况对照组小鼠进食、饮水、活动、大便等正常，被毛光泽，暴露组小鼠饮食正常，未出现动物死亡。与对照组相比，暴露组小鼠出现烦躁、易激惹，被毛出现不同程度的脱落。2.2脑砷含量变化经氢化物发生一原子荧光光谱法测定结果显示：暴露组脑砷含量高于对照组（对照组：0.21±0.03μg/g，暴露组：2.32±0.18μg/g），差异有统计学意义（P<0.05）。2.2代谢组学测定结果暴露组和对照组皮层、血清样本总离子流图如图1所示。GC/MS结果根据MCF质谱数据库鉴定皮层、血清样本色谱图，得到匹配度较好的代谢物分别有80和56种，采用SIMCA-P软件PCA法分析二维分布图和载荷图（图2），如PCA模型图所示，暴露组和对照组可以明显区分开，提示两组样本具有不同代谢特征；载荷图提示组间存在差异性化合物，对差异性化合物进行两样本t检验，结果显示皮层和血清分别有7种和15种代谢物组间差异有统计学意义（P<0.05，表1），利用代谢途径在线分析工具查询差异性代谢物影响的相关代谢途径（表2）。3讨论砷是环境中重要的神经毒物，动物实验表明慢性砷暴露可扰乱中枢神经系统功能，降低小鼠的学习记忆能力［11］；Rodriguez［12］和Kim［13］通过自由饮水方式给C57BL/6J成年雄鼠染毒，暴露剂量为1、10、50和100mg/L亚砷酸钠，4周后，50mg/L组表现为神经行为受损，没有明显中毒症状。因此，本实验采用的染毒剂量为50mg/L，三周龄雄鼠连续暴露12周，通过测定脑砷含量发现暴露组高于对照组，表明砷能够通过血脑屏障在脑组织蓄积发挥其神经毒性，即慢性砷暴露小鼠模型成功建立，与文献报道一致［14］。慢性砷暴露可干扰机体?

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本文编号：2762019