硒镉互作对大鼠免疫功能和氧化应激的影响

程国强+王永金+洪杨+夏介英

摘要：比较了硒（Selenium，Se）、镉（Cadmium，Cd）对大鼠免疫抑制和氧化应激损伤的拮抗作用，选取雄性SD大鼠36只，随机分为4组，对照组：常规饲养；Se组：Na2SeO3 0.1 mg/（kg·BW）灌胃；Cd组：40 mg/L的Cd溶液饮水；Se+Cd组：Na2SeO3 0.1 mg/（kg·BW）灌胃+40 mg/L的Cd溶液饮水。每天给药1次，试验周期30 d。结果表明，Cd组动物血清IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-10显著升高，INF-γ显著降低，血清GSH水平和CAT、SOD、GSH-Px的活性均显著降低，MDA含量显著升高。Se组血清INF-γ和GSH水平以及CAT、GSH-Px活性显著升高。在Se和Cd组，血清高水平的IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-10和低活性的CAT、SOD、GSH-Px及低含量的GSH得到有效改善。表明大鼠灌胃0.1 mg/（kg·BW）的Na2SeO3可有效拮抗40 mg/L的Cd溶液饮水所致的免疫抑制和氧化应激。

关键词：大鼠；硒；镉；免疫抑制；氧化应激

中图分类号：S865.1+2.4+3：O613.52：O614.24+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）24-4833-03

镉（Cadmium，Cd）是生活环境中常见的污染化学元素，可经过农作物富集而引起农产品及食品中金属Cd的超标，也可通过空气粉尘或烟尘引起人及各种动物的慢性中毒，造成呼吸系统、泌尿系统、神经系统、免疫系统等的损害[1，2]。其免疫毒性主要表现为抑制免疫器官的发育、免疫细胞的分化、特异性和非特异性免疫应答反应[3]；在氧化损伤方面，Cd可抑制动物体内自由基的清除能力，引起活性氧（ROS）的蓄积，导致机體的氧化损伤[4]。硒（Selenium，Se）是人和动物的必需微量元素，在体内以硒蛋白的形式存在，参与生长发育、免疫功能和抗氧化损伤的调节[5]。目前未见有Se拮抗Cd引起的免疫抑制和抗氧化功能研究的系统性报道，为此，试验开展了硒、镉对大鼠免疫抑制和氧化应激损伤的拮抗作用，旨在探讨硒镉互作对大鼠血清细胞因子和抗氧化功能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 参试动物 选用36只SPF级SD雄性大鼠，体重为180～220 g，由四川省中医药科学院提供（许可证号为SCXK[川]2013-19）；饲养于四川省中医药科学院实验动物中心屏障系统。

1.1.2 试剂与仪器 白介素-1β（IL-1β）测试盒（H002）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）测试盒（H052）、白介素-6（IL-6）测试盒（H007）、白介素-10（IL-10）测试盒（H009）、免疫干扰素（INF-γ）测试盒（H054）、还原型谷胱甘肽（GSH）含量测试盒（微板法；A006-2）、过氧化氢酶（CAT）活性测试盒（紫外法；A007-2）、总超氧化物歧化酶（SOD）活性测试盒（WST-1法；A001-3）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性测试盒（比色法；A007）均购于南京建成生物工程研究所；仪器主要有Multiskan FC型酶标仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）、FC500移液器（美国Thermo Fisher Scientific公司）、KL04A离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 参试动物分组与给药 36只大鼠随机分为4个处理组，分别是对照组、Se组、Cd组、Se+Cd组，每组9只；对照组不做任何处理，Se组给以0.1 mg/（kg·BW）的Na2SeO3灌胃处理，Cd组给以40 mg/L的Cd溶液自由饮水处理，Se+Cd组给以0.1 mg/（kg·BW）的Na2SeO3胃和40 mg/L的Cd溶液饮水。试验周期30 d。

1.2.2 血清细胞因子水平的测定 到30 d时，用7%的水合氯醛麻醉36只大鼠，于腹主动脉采血5 mL于玻璃管中，3 500 r/min离心10 min，分离血清用于后续检测。各组动物血清中细胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-10、INF-γ均严格按照测试盒操作说明进行。

1.2.3 血清抗氧化能力的测定 各组大鼠血清中抗氧化指标GSH、MDA含量和CAT、SOD、GSH-Px活性的测定也是严格按照测试盒操作说明及有关方法进行。

1.3 数据处理

试验所得数据应用Microsoft Office Excel 2007程序处理，并制表，采用SPSS 16.0统计软件进行单因素方差分析，数值以平均数±标准差（x±SD）表述。

2 结果与分析

2.1 Se与Cd对血清细胞因子的影响

Se和Cd对SD雄性大鼠血清细胞因子的影响情况见表1。表1数据显示，与对照组相比，Cd组大鼠血清的IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-10水平显著升高（P<0.05），INF-γ水平显著下降（P<0.05）；在Se组，INF-γ水平显著升高（P<0.05），IL-10水平显著下降（P<0.05），而TNF-α、IL-1β和IL-6水平与对照组差异不显著（P>0.05）；在Se+Cd组，除IL-1β水平显著升高外（P<0.05），其余指标与对照组差异不显著（P>0.05）。此外，与Cd组相比，Se+Cd组大鼠血清中的TNF-α、IL-6和IL-10水平均显著下降（P<0.05），INF-γ水平显著升高（P<0.05）；Se组的INF-γ水平比Cd组显著升高（P<0.05），其他指标显著低于Cd组（P<0.05）。

2.2 Se与Cd对血清抗氧化指标的影响

Se和Cd对SD雄性大鼠血清抗氧化指标的影响情况见表2。从表2可知，与对照组相比，Cd组大鼠血清的GSH含量和CAT、SOD、GSH-Px活性显著下降（P<0.05），脂质过氧化产物MDA含量显著升高（P<0.05）；Se组 的GSH含量和CAT、GSH-Px活性显著升高（P<0.05），MDA含量和SOD活性差异不显著（P>0.05）；Se+Cd组的抗氧化指标GSH、CAT、SOD、GSH-Px和MDA与对照组相比差异都不显著（P>0.05）。此外，与Cd组相比，Se组和Se+Cd组大鼠血清中的GSH含量和CAT、SOD、GSH-Px活性显著升高（P<0.05），MDA含量显著下降（P<0.05）；并且Se组的GSH含量和CAT、GSH-Px活性比Se+Cd组的显著升高（P<0.05），SOD活性和MDA含量差异不显著（P<0.05）。endprint

3 小结与讨论

环境中重金属Cd的超标可引起人与动物的多器官、多系统损害。试验里Cd组大鼠血清中的IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-10水平显著升高，INF-γ水平显著下降。在炎症反应过程中，细胞因子IL-1β、INF-γ和TNF-α可促进黏附因子的表达，引起血液循环中的白细胞黏附于血管内皮细胞[6]，L？覽g等[7]用0.098 μg/L的Cd2+处理人成纤维细胞7 h后，发现IL-1β和IL-6升高，此外，Cd还可引起TNF-α、IL-6和IL-10的释放[8]。试验里过量的Cd在一定程度上引起了大鼠免疫应答反应而出现血液免疫指标的上升，可能是短时间暴露于Cd中其mRNA水平出现下降形成的，也许更长时间的暴露会引起血清IL-1β、IL-6和IL-10水平的下降[8-10]。在Se组，INF-γ显著升高，IL-10显著下降，INF-γ可激活巨噬细胞，而IL-10可抑制巨噬细胞的活化[11]，Se在增强免疫功能方面可促进抗体的生成、促进淋巴细胞的增殖。在Se+Cd组，大鼠血清细胞因子TNF-α、INF-γ、IL-6和IL-10与对照组相比无显著差异，提示Se可拮抗Cd引起的细胞因子水平改变。

动物体内存在的酶促抗氧化防御系统包括SOD、CAT、GSH-Px和GSH，该系统可有效的清除体内代谢出现的活性氧损伤及脂质过氧化。SOD可将体内产生的超氧阴离子转化为过氧化氢，在CAT的存在下快速将过氧化氢分解为无害的水[12]。GSH-Px是体内存在的重要酶系，活性中心是硒半胱氨酸，其活性大小在一定程度上可反映动物体内硒水平的高低，GSH-Px可将GSH转化成氧化型谷胱甘肽（GSSG），把过氧化物还原成羟基化合物。在试验中，Se可有效增强大鼠血清中GSH、SOD、CAT和GSH-Px的活性，这与Eldemerdash等[13]的研究结果相符。Milton等[14]和Tandon等[15]的研究显示，Cd可降低大鼠体内抗氧化酶的生物活性，本试验结果与此一致。Cd可通过抑制体内抗氧化酶的活性，继而引起代谢过程中产生的活性氧和自由基等不能被及时清除，进一步引起蛋白质、脂质和核酸的氧化损伤[15]，这可能是Cd组大鼠血清脂质过氧化产物MDA水平显著升高的因素之一。与Cd组相比，Se+Cd组大鼠血清的抗氧化能力得到有效保护，可能是Se加速了GSH-Px对自由基的转化，或者是抑制了自由基的生成[13]。

试验结果表明，大鼠灌胃0.1 mg/（kg·BW）的Na2SeO3可有效拮抗饮水40 mg/L Cd溶液引起的血清免疫功能抑制和抗氧化功能低下。

参考文献：

[1] 刁书永，张立志，袁 慧.镉中毒机理研究进展[J].动物医学进展，2005，26（5）：49-51.

[2] 黄金祥.慢性镉中毒临床研究进展[J].职业卫生与应急救援，2001，19（4）：191-193.

[3] 聂晓兰，林 波，温 坤，等.锌，硒对镉中毒小鼠金属硫蛋白合成及脂质过氧化损伤的影响[J].山西医科大学学报，2009，40（7）：577-579.

[4] AGRAWAL P，MITRAL A，KUMAR M，et al. A review of toxicological profile of cadmium（Cd）[J].International Journal of Medical Toxicology & Legal Medicine，2010，12（4）：34-37.

[5] TINGGI U. Selenium：its role as antioxidant in human health[J].Environmental Health & Preventive Medicine，2008，13（2）：102-108.

[6] NAMAZI S，ZIAEE V，REZAEI N. The role of cytokines in systemic lupus erythematosis：Review article[J].Tehran University Medical Journal，2015，73（6）：397-404.

[7] LAG M，RODIONOV D，OVREVIK J，et al. Cadmium-induced inflammatory responses in cells relevant for lung toxicity：Expression and release of cytokines in fibroblasts，epithelial cells and macrophages[J].Toxicology Letters，2010，193（3）：252-260.

[8] DJOKIC J，NINKOV M，MIRKOV I，et al. Differential effects of cadmium administration on peripheral blood granulocytes in rats[J].Environmental Toxicology and Pharmacology，2014，37（1）：210-219.

[9] FREITAS M，FERNANDES E. Zinc，cadmium and nickel increase the activation of NF-κB and the release of cytokines from THP-1 monocytic cells[J].Metallomics Integrated Biometal Science，2011，3（11）：1238-1243.

[10] KATARANOVSKI M，JANKOVIC S，KATARANOVSKI D，et al. Gender differences in acute cadmium-induced systemi inflammation in rats[J].Biomedical and Environmental Sciences，2009， 22（1）：1-7.

[11] LAUTA V M. A review of the cytokine network in multiple myeloma[J].Cancer，2003，97（10）：2440-2452.

[12] 陳鸿鹏，谭晓风.超氧化物歧化酶（SOD）研究综述[J].经济林研究，2007，25（1）：59-65.

[13] ELDEMERDASH F M，NASR H M. Antioxidant effect of selenium on lipid peroxidation，hyperlipidemia and biochemical parameters in rats exposed to diazinon[J].Journal of Trace Elements in Medicine & Biology Organ of the Society for Minerals & Trace Elements，2014，28（1）：89-93.

[14] MILTON P S，SHAGIRTHA K，RENUGADEVI J. Quercetin in combination with vitamins（C and E） improves oxidative stress and renal injury in cadmium intoxicated rats[J].Biomedicine & Preventive Nutrition，2010，1（1）：903-914.

[15] TANDON S K，SINGH S，PRASAD S，et al. Reversal of cadmium induced oxidative stress by chelating agent，antioxidant or their combination in rat[J].Toxicology Letters，2003，145（3）：211-217.endprint