亚急性镉暴露对大鼠肾脏脂质过氧化损伤及牛磺酸的保护作用研究

张晶莹 ， 韩 瑜 ， 孙 兰 ， 隋自洁 ， 张 琨

(1.吉林省疾病预防控制中心 ， 吉林 长春 130062 ； 2.吉林省血液研究中心 , 吉林 长春 130033 ； 3.吉林大学第二医院 ， 吉林 长春 130042)

随着镉在工业中利用率的快速增长，污染问题日趋严重，其可通过被污染的空气、水、食物等进入机体，容易造成机体多器官系统损伤，并有潜在的致癌作用[1]。肾脏是镉最主要的蓄积部位和靶器官，也是对镉毒性最敏感、最容易受损的效应器官[2]。有研究表明，镉通常以金属硫蛋白的形式选择性地沉积于机体肾脏等重要脏器中[3]，在经肾小球滤过、肾小管重吸收的过程中，被重新释放出来而损伤细胞[4]。

牛磺酸是一种含硫氨基酸，它是哺乳动物组织中游离氨基酸最丰富的物质之一，具有保持渗透压平衡，降低血压、血脂和调节体内钙平衡的作用[5]。本课题组前期研究发现，预先给予牛磺酸可以改善镉对大鼠肝、肾功能酶活性的影响，对大鼠肝肾损伤具有保护作用[6-7]。在此基础上，本试验进一步探讨牛磺酸对亚急性镉致大鼠肾脏的保护机制，为牛磺酸防治镉中毒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 化学试剂和仪器 牛磺酸 (含量≥98.0%)、氯化镉(分析纯，含量≥99.0%)，均购自国药集团；丙二醛(MDA)、一氧化氮(NO)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、白介素-2(IL-2)、转化生长因子-β(TGF-β)试剂盒，均购自南京建成生物工程研究所；尿素氮(BUN)、肌酐(CREA)、乳酸脱氢酶(LDH)试剂盒，均购自迈瑞生物医疗电子股份有限公司；分析天平；全自动生化分析仪(TBA-120FR)。

1.2 实验动物及分组 健康SPF级雄性Wistar大鼠，体重180～220 g(长春市亿斯实验动物技术有限责任公司，许可证号：SCXK(吉)2015-0020)。将40只大鼠按体重随机分为4组：正常对照组、模型组、高剂量组和低剂量组，每组10只。所有实验大鼠均在SPF级环境下单笼饲养，实验动物自由饮食和饮水。

1.3 试验方法 除正常对照组外，其余3组每周3次(星期二、四、六)腹腔注射2.0 mg/(kg·bw)的氯化镉溶液染毒，连续4周，染毒的同时高、低剂量组每天分别灌胃给予牛磺酸1.0、 0.5 g/(kg·bw)，正常对照组在相应的时间腹腔注射生理盐水(相同体积)。正常对照组和模型组每天灌胃蒸馏水，每组的胃灌注量为1.0 mL/(100 g·bw)。末次给药后禁食12 h，称重，麻醉，下腔静脉采血，检测各项指标。

1.4 检测指标

1.4.1 脏器系数的测定 分离肾脏后，肉眼观察脏器有无肿大，称取脏器质量。肾/体比=脏器质量(g)/体重(100g)×100%。

1.4.2 血清肾功能酶活性测定 采血分离血清，测定BUN、CREA、LDH。

1.4.3 肾组织中相关过氧化指标 试验结束后制备大鼠肾匀浆液，取上清液测定MDA、SOD、GSH、NO含量。

1.4.4 血清 IL-2 和 TGF-β1含量的测定 采用ELISA 法测定，严格按照说明书操作步骤进行。

1.5 数据统计 采用SPSS11.5统计软件分析数据。组间比较采用最小显著差异法检验(LSD法)，不齐时，各组间两两比较采用Tamhane’s方法。

2 结果

2.1 对大鼠肾/体比的影响 由表1可见，大鼠染毒期间内模型组终重明显低于正常对照组(P<0.05)；高剂量组终重明显高于模型组(P<0.05)；低剂量组终重明显低于高剂量组。模型组肾湿重增加明显，与正常对照组比较有差异(P<0.05)；模型和低剂量组肾体比增加明显，与正常对照组比较有差异(P<0.05)；高剂量肾体比降低明显，与模型组比较有差异(P<0.05)。

表1 牛磺酸对亚急性染镉大鼠体重变化及肾/体比的影响

a：与对照组比较，P<0.05； b：与模型组比较，P<0.05； c：与高剂量组比较，P<0.05

a: Compared with the control group,P<0.05; b: Compared with the model group,P<0.05; c: Compared with the high-dose group,P<0.05

2.2 对大鼠肾功能酶活性的影响 由表2可见，模型组BUN、Cr、 LDH含量水平高于正常对照组，有统计学差异(P<0.05)；与模型组相比，高剂量组BUN、CREA、 LDH含量水平降低，有统计学差异(P<0.05)。

表2 牛磺酸对亚急性染镉大鼠肾功能酶活性的影响

2.3 对大鼠肾组织中MDA、NO、SOD、GSH-Px含量的影响 由表3可见，模型组肾组织中MDA、NO含量升高，与正常对照组比较有差异(P<0.05)；模型组肾组织中SOD、GSH-Px活性降低，与正常对照组比较有差异(P<0.05)；高剂量组肾组织中MDA、NO含量降低，与模型组比较有差异(P<0.05)；高剂量组肾组织中SOD、GSH-Px活性升高，与模型组比较有差异(P<0.05)。

表3 牛磺酸对亚急性染镉大鼠肾组织MDA、NO、SOD、GSH-Px活性的影响

2.4 对大鼠血清细胞因子表达IL-2、TGF-β的影响 如表4可见，亚急性镉暴露期间模型组血清中IL-2含量显著降低，TGF-β1含量显著升高，与正常对照组比较有统计学意义(P<0.01)；各剂量组血清中IL-2含量均显著增加，TGF-β1含量均显著降低，与模型组比较有统计学意义(P<0.01)；且高剂量组血清中IL-2含量增加，TGF-β1含量降低，与低剂量组比较有统计学意义(P<0.01)。

表4 牛磺酸对亚急性染镉大鼠血清中IL-2和TGF-β1含量的影响

3 讨论

美国毒理管理委员会(ATSDR)把镉列为第6位危及人体健康的有毒物质， 其在环境中不能降解，一旦进入环境就难以消除，最终通过食物链转移到人体。因此，人类有可能广泛接触到镉而引起机体毒性反应，甚至发生肿瘤[8]。本试验发现，亚急性暴露镉时，雄性大鼠体重下降明显，肾肿胀明显，肾体/比有升高趋势。给予牛磺酸后大鼠体重增加，肾体/比明显降低，说明牛磺酸可以有效地保护镉致大鼠肾脏的损伤。研究表明，长期接触镉可造成肝、肾脏的不可逆损害和机能障碍[9]。所以本次试验检测了血清中BUN、CREA、LDH活性，这些酶的变化主要反映镉对肾小球的损伤情况。试验结果发现，镉亚急性暴露致大鼠肾功能酶BUN、CR和LDH水平升高，肾小球过滤率下降，导致肾功能代谢紊乱[10]。高剂量组给予牛磺酸后，血清中BUN、CREA和LDH水平降低(P<0.05)，说明牛磺酸能有效的改善镉致大鼠肾功能代谢紊乱[11]。

研究表明，氧化应激在镉暴露导致的肾损伤中起着重要作用，可能是由于镉可以置换 SOD 等抗氧化酶的活性巯基[12]，也可结合谷胱甘肽GSH、金属硫蛋白MT等含巯基的物质，打破机体氧化/抗氧化平衡[13]，诱发氧化应激损伤，导致机体发生不可逆性损伤。本次试验结果显示：镉染毒期间大鼠肾组织中MDA、NO含量明显升高，SOD、GSH-Px含量明显下降，给予牛磺酸后可以减少镉致大鼠肾组织中MDA、NO水平释放，同时使SOD、GSH-Px活性含量增加，从而保护肾细胞线粒体和内质网的超微结构，增强肾组织抗氧化损伤能力[14]。IL-2 是机体正向免疫调节中最重要的细胞因子之一，主要由 T 淋巴细胞分泌，其功能是促进T、B 淋巴细胞的增殖[15]。TGF-β1 可能是免疫系统关闭的信号之一，其可以抑制所有淋巴细胞的增殖与功能[16 ]。本次试验结果发现，模型组大鼠血清 IL-2 含量明显降低，TGF-β1 含量明显升高(P<0.05)。牛磺酸高剂量组大鼠血清IL-2 含量显著增加、TGF-β1 含量显著降低。提示牛磺酸可能是通过调节机体的细胞因子表达，从而纠正和改善机体的免疫功能。

本试验结果发现， 牛磺酸对亚急性镉暴露导致的大鼠肾损伤具有保护作用，其机制可能是：(1)通过提高机体的抗氧化能力，加速清除机体自由基，来纠正机体的氧化和抗氧化之间的平衡失调；(2)通过调节细胞因子IL-2和 TGF-β 1的表达来纠正和改善机体的免疫功能。