硫化氢对甲基汞毒性的影响

李志强, 韩俊艳, 郭宇俊, 何 丹,李柏杨, 武井昕, 陶 红, 王何媛

(沈阳大学 城市有害生物治理与生态安全辽宁省重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

甲基汞是一种重要的环境污染物,能溶于水,易在鱼体中蓄积,人通过食用鱼摄入甲基汞,可导致水俣病,对神经系统与肝脏等造成伤害.世界八大公害事件之一的水俣事件就是甲基汞中毒的典型事例[1].张鸿龄等[2]发现汞是浑河水体重金属污染的第二主要成分,仅次于镉和铜,汞对巯基的破坏在甲基汞的毒理机制中起重要作用[3-4],汞与巯基的亲和力极高,使汞在人体内积蓄不易排出;同时,巯基是人体内很多重要分子的活性中心,汞与巯基的结合会破坏这些分子的生物活性,导致蛋白质的生物合成及核酸生物合成的下降、重要酶活性抑制、氧化-还原系统的失衡、线粒体的损伤及细胞凋亡,最终导致组织的损伤[5].宋思琪等[6]发现汞暴露通过影响酶活性体现出毒性效应.

汞对巯基的破坏对其毒性起重要作用,那么为机体提供巯基是否可能抑制甲基汞对机体的损伤？硫化氢(H2S)是一种小分子含巯基化合物,近几十年来,硫化氢被发现具有重要的生物活性,是一种生理保护性分子,外源性的硫化氢具有多种保护作用[7-8].而且在化学实验中,硫化氢与甲基汞能直接反应生成硫化汞,硫化汞难溶,毒性较低[9].

本研究的目的是研究硫化氢对甲基汞毒性是否具有拮抗作用.由于硫化氢气体不适合直接使用,无机硫化氢供体硫氢化钠和硫化钠在体内可转化为硫化氢,可在动物试验中作为硫化氢使用[10].本研究中使用硫化氢供体硫氢化钠 (NaHS),以氯化甲基汞给小白鼠灌胃,然后给予硫氢化钠,测定小白鼠脑、肝组织汞质量分数变化,并观察其肝、脑组织病理变化,以判定硫氢化钠是否对小白鼠体内甲基汞毒性有改善作用.从而为硫化氢对甲基汞毒性的拮抗作用提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

仪器:原子吸收分光光度计、切片机、电热板.

试剂:氯化甲基汞、硫氢化钠、乙醇、盐酸羟胺、硼氢化钠、氢氧化钠、甲醛、二甲苯等,均为分析纯.

1.2 实验动物

洁净级小白鼠(沈阳医学院实验动物中心提供)32只,体重20～25 g之间,雌雄各半.实验期间小白鼠饲养在专用的塑料鼠笼中,室温(22±2) ℃.

1.3 实验方法

1.3.1 实验动物分组与给药

正式开始实验前适应性饲养小白鼠1周,自由进食与饮水,将其随机分为4组(空白对照组、染毒组、2个硫氢化钠处理组),每组8只小白鼠.氯化甲基汞用体积分数10%乙醇溶液溶解[11],染毒组给予0.5 mg·kg-1氯化甲基汞溶液灌胃,染毒量为每20 g 体重给予0.2 mL.空白对照组给予等体积的体积分数10%的乙醇.2个硫氢化钠处理组给予0.5 mg·kg-1氯化甲基汞溶液,1 h后分别给予5 mg·kg-1与1 mg·kg-1硫氢化钠溶液,灌胃给药持续2周.

1.3.2 实验动物指标测定

末次灌胃给药24 h后解剖取肝和脑组织,取左侧脑、部分肝脏组织冷冻待消解,使用冷原子吸收法测定脑组织的总汞质量分数[12];取右侧脑与部分肝组织固定于体积分数40%甲醛溶液中,制作肝、脑组织病理切片,染色方法为苏木-伊红染色法,观察肝组织及脑组织(皮层)的病理变化.

1.4 统计分析

2 结果与讨论

2.1 实验动物一般情况

各组小白鼠的饮食和摄水量没有明显的差别.染毒组小白鼠嗜睡,活动减少,毛发色泽暗淡并伴有脱落现象,硫氢化钠处理组有所改善.小白鼠体重如表1所示,染毒组小白鼠体重虽有下降但无显著性差异,其他各组小白鼠体重也无显著性差异.

表1 实验小白鼠体重Table 1 Weight of experimental mice g

注: 字母不同代表差异显著(p<0.05),字母相同代表差异不显著(p>0.05).

2.2 硫氢化钠对组织汞质量分数的影响

小白鼠肝组织汞质量分数结果见图1.与空白组小白鼠比较,染毒组小白鼠肝组织汞质量分数显著上升,给药处理2周后,与染毒组小白鼠相比,2个硫氢化钠处理组肝组织汞质量分数均有不同程度降低,5 mg·kg-1硫氢化钠处理组肝组织汞质量分数与染毒组差异显著(p<0.05),1 mg·kg-1硫氢化钠处理组肝组织汞质量分数与染毒组差异不显著(p>0.05).

图1 硫氢化钠对小白鼠肝组织汞质量分数的影响

注: 字母代表指标差异显著性,字母不同代表差异显著(p<0.05),字母相同代表差异不显著(p>0.05).

小鼠脑组织汞质量分数测定结果如图2所示.给药处理2周后,与空白组小白鼠比较,染毒组小白鼠脑组织汞质量分数显著上升.与染毒组小白鼠相比,2个硫氢化钠处理组脑组织汞质量分数均不同程度降低,5 mg·kg-1硫氢化钠处理组脑组织汞质量分数与与染毒组差异显著(p<0.05),1 mg·kg-1硫氢化钠处理组脑组织汞质量分数与染毒组差异不显著(p>0.05).

注: 字母代表指标差异显著性,字母不同代表差异显著(p<0.05),字母相同代表差异不显著(p>0.05).

2.3 硫氢化钠对组织病理学影响

在对小组小白鼠肝组织的病理研究中,空白组小白鼠细胞形态饱满,肝小叶结构完整,肝索放射状脉络排列清晰,染毒组小白鼠肝脏组织出现坏死,汇管区有明显充血,肝索排列不规则,细胞空泡化增多,表明甲基汞造成肝组织损伤.1 mg·kg-1硫氢化钠处理组小白鼠切片显示肝脏损伤略有好转,5 mg·kg-1硫氢化钠处理组修复作用明显,细胞形态较正常,肝索脉络较为清晰,空泡化减轻,表明硫氢化钠对甲基汞致肝脏损伤有一定修复作用(代表性切片如图3所示).

在小白鼠脑组织病理学研究中(典型切片如图4所示),空白对照组的脑皮层组织细胞形态完整,染毒组小白鼠脑皮层组织有局灶性坏死现象,细胞核浓缩或消失,表明甲基汞可引起脑组织损伤.5 mg·kg-1硫氢化钠处理组修复作用明显,细胞形态较正常,坏死灶较少见,表明5 mg·kg-1硫氢化钠对甲基汞致脑损伤有一定修复作用,1 mg·kg-1硫氢化钠处理组修复作用不明显.

图4 各组小白鼠脑组织病理学观察结果Fig.4 Histopathological observation of brain tissue in each group of mice

近年来很多研究发现硫化氢具有组织保护作用[13].外源性硫化氢供体可能提高血管组织抗氧化应激的能力[14],可以通过抑制自由基反应和氧化应激延缓衰老[15].Yoshida等[16]报道了催化硫化氢生成的胱硫醚β-合成酶(CBS)对甲基汞染毒的SH-SY5Y细胞有保护作用,CBS过表达可降低甲基汞的细胞毒性,而通过小RNA干扰CBS表达可以增强甲基汞的毒性,间接说明了硫化氢具有保护作用;硫化双甲基汞((MeHg)2S)是甲基汞在SH-SY5Y细胞中与大鼠肝脏中的代谢产物,是由内源性硫化氢与甲基汞作用的产物,(MeHg)2S毒性小于甲基汞,也证明硫化氢减轻了甲基汞的毒性[17].本实验中肝肾组织病理变化可能因可能通过影响酶活性提高组织自我修复能力而减轻组织损伤,有待进一步实验验证.

3 结 论

本研究中甲基汞暴露小鼠肝、脑组织汞质量分数升高,并发生明显病理变化.硫氢化钠干预可使肝脑组织汞质量分数降低,同时肝脑组织病变有明显改善,表明硫氢化钠对甲基汞的毒性有改善作用.硫氢化钠所提供硫化氢可能在胃肠道与汞结合生成难容汞盐而促进机体排汞,使机体组织汞质量分数降低,减轻甲基汞对机体的毒性作用;另一部分机体吸收硫化氢可能通过改变机体抗氧化酶活性从而改善甲基汞毒性作用,但有待进一步进行实验验证.肝肾组织病理变化可能因汞在胃肠排出而减轻对小鼠的组织损伤如何利用硫化氢供体拮抗甲基汞的毒性这一结果,在食品安全中减少甲基汞对人类的危害还有待深入研究.