载铅超细炭黑对CAT、SOD及小鼠肝细胞毒性效应与机理的研究

论文摘要

近年来,雾霾污染越来越严重,作为雾霾主要组成部分的超细颗粒物（UFPs）对健康的影响也引起了社会的广泛关注。UFPs分布广泛,能通过呼吸道与人体接触并进入细胞,与功能蛋白结合影响其结构和功能表达,进而诱发急性肺炎、心脑血管损伤和免疫系统损伤等疾病。UFPs的组成复杂,其毒性效应是各组分共同作用的结果,目前缺乏对UFPs各组分毒性效应机理的探讨与研究。超细炭黑（UFCB）与UFPs具有相似的理化性质,可作为UFPs生物学研究的替代模型。重金属铅极易被UFPs吸附,负载了铅的UFPs在大气中广泛存在,给人类健康带来了新的问题。目前UFPs的毒理学研究主要集中在单一 UFCB颗粒对呼吸系统细胞的影响,对于多组分的UFPs作用于功能蛋白和组织器官,从而使机体致病的机理研究仍然匮乏。氧化应激是所有疾病的诱因,肝脏肩负着机体氧化防御的重要任务;过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）在保护机体免受氧化应激损伤中起着重要作用。因此本文选取小鼠原代肝细胞为靶细胞,选取CAT和SOD为靶蛋白,选取UFCB作为UFPs的生物替代模型,在细胞水平和分子水平研究比对了UFCB和载铅UFCB诱发机体氧化应激的效应与机理。本文主要包括以下几部分内容:（1）综述了大气颗粒物、UFPs、UFCB和铅的污染现状及现阶段毒理学研究进展,明确了现阶段对载铅UFPs毒性机理评价的不足,确定了本次的研究目的和研究内容。（2）利用多种方法对UFCB进行改性修饰,改性后超细炭黑（MCB）水溶液的Zeta电位为-39.7 mV,远高于改性之前的-18.2 mV,证明MCB的分散稳定性优于改性之前。将MCB应用于铅的吸附实验,最后得到铅含量为0.235 g/g的载铅MCB（即Pb-MCB）。（3）研究比对了 MCB和Pb-MCB诱发小鼠肝细胞氧化应激效应的影响。实验结果表明:肝细胞活力与MCB和Pb-MCB暴露浓度之间均呈负活力-剂量关系。细胞内MDA含量随MCB和Pb-MCB暴露浓度的增加而升高,且在50 mg/L时达到最高,分别为对照组的204.44%和172.49%,高浓度的MDA打破了细胞内部的氧化还原平衡并破坏了细胞膜的完整性,使细胞发生脂质过氧化作用从而导致细胞活力降低甚至死亡。随着MCB和Pb-MCB暴露浓度的升高,细胞内CAT的相对活力均呈先上升后下降的趋势。MCB的暴露同样导致了胞内SOD的相对活性先上升后下降,但是随Pb-MCB暴露浓度的增加,SOD的相对活性逐步上升。比对同等暴露条件下MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞氧化应激指标的影响发现,MCB的细胞毒性较Pb-MCB的细胞毒性强,原因是MCB较Pb-MCB带更多的负电荷,更易与膜蛋白、CAT和SOD结合作用,影响细胞和酶的活力及功能表达。（4）利用多种光谱学手段研究比对了MCB和Pb-MCB的暴露对CAT和SOD分子结构和功能的影响。结果发现:无论是MCB还是Pb-MCB都会与CAT和SOD结合,在炭黑颗粒表面形成一层“蛋白冠”类的物质,改变了CAT和SOD发色团的微环境,使蛋白质骨架结构紧缩,疏水性增强。MCB和Pb-MCB暴露染毒均使CAT的活性先上升后下降,使SOD的活性持续下降。CAT和SOD活性的变化一方面说明了结构的改变影响了酶的功能表达;另一方面酶与MCB或Pb-MCB的结合会影响其活性位点附近氨基酸的微环境,从而间接对酶的活性产生影响或者抑制作用。比对同等暴露条件下MCB和Pb-MCB对CAT和SOD分子的影响时发现,MCB对CAT和SOD结构和功能的影响大于Pb-MCB对两种酶蛋白的影响,原因是MCB带大量的负电荷,更易与带正电荷的CAT或者SOD结合作用,改变酶蛋白的结构使其活性降低;而Pb-MCB溶液中微量Pb2+的存在促进了 Pb-MCB粒子的团聚沉降,粒径的增大使Pb-MCB与酶蛋白之间的作用力和结合面积减小,因此MCB较Pb-MCB表现出更强的分子毒性。本论文从细胞和分子两个层面研究并比对了MCB和Pb-MCB对机体氧化应激机制的毒性作用机理,为多组分大气颗粒物的毒性效应评价提供了理论和方法的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
•   1 大气颗粒物污染现状
•     1.1 超细颗粒物污染现状
•   2 超细炭黑生物毒性研究进展
•     2.1 动物水平和细胞水平上超细炭黑的毒性作用研究进展
•     2.2 蛋白质分子水平上超细炭黑的毒性作用研究进展
•   3 重金属铅的生物毒性研究
•   4 论文的研究目的、研究内容
•     4.1 论文的研究目的
•     4.2 论文的研究内容
• 第2章 超细炭黑的改性及载铅能力的研究
•   1 引言
•   2 实验部分
•     2.1 实验材料
•       2.1.1 实验试剂
•       2.1.2 实验仪器
•     2.2 实验方法与步骤
•       2.2.1 超细炭黑的改性
•       2.2.2 改性超细炭黑的载铅性能测定
•   3 实验结果与讨论
•     3.1 改性超细炭黑的粒度分布研究
•     3.2 改性超细炭黑的水溶性实验分析
•     3.3 改性超细炭黑的电镜表征
•     3.4 改性超细炭黑的分散性、稳定性
•     3.5 改性超细炭黑的载铅性能测定
•   4 结论
• 第3章 MCB和Pb-MCB诱发小鼠肝脏的氧化应激相关效应的研究
•   1 引言
•   2 实验部分
•     2.1 实验材料
•       2.1.1 实验试剂
•       2.1.2 实验仪器
•     2.2 实验方法与步骤
•       2.2.1 小鼠肝细胞匀浆的获取及染毒
•       2.2.2 小鼠肝细胞活力水平检测
•       2.2.3 肝细胞内脂质过氧化水平的评价
•       2.2.4 肝细胞内CAT酶活性检测
•       2.2.5 肝细胞内SOD酶活性检测
•   3 结果与讨论
•     3.1 MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞活力的影响
•     3.2 MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞脂质过氧化水平的影响
•     3.3 MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞内CAT酶活性的影响
•     3.4 MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞内SOD酶活性的影响
•   4 结论
• 第4章 MCB、Pb-MCB与氧化应激关键酶CAT、SOD效应与机理的研究
•   1 引言
•   2 实验部分
•     2.1 实验材料
•       2.1.1 实验试剂
•       2.1.2 实验仪器
•     2.2 实验方法与步骤
•       2.2.1 荧光光谱实验
•       2.2.2 同步荧光光谱实验
•       2.2.3 三维（3D）荧光光谱实验
•       2.2.4 紫外可见吸收光谱实验
•       2.2.5 圆二色谱实验
•       2.2.6 CAT酶活性实验
•       2.2.7 SOD酶活性检测实验
•   3 实验结果与讨论
•     3.1 MCB和Pb-MCB对CAT结内和功能的影响
•       3.1.1 MCB和Pb-MCB对CAT结构的影响
•       3.1.2 MCB和Pb-MCB对CAT氨肇酸微环境的影响
•       3.1.3 MCB和Pb-MCB对CAT骨架结构的影响
•       3.1.4 三维荧光研究MCB和Pb-MCB引起CAT结构的变化
•       3.1.5 MCB和Pb-MCB对CAT二级结构的影响
•       3.1.6 MCB和Pb-MCB对胞外CAT酶活性的影响
•     3.2 MCB和Pb-MCB对SOD结构和功能的影响
•       3.2.1 MCB和Pb-MCB对SOD结构的影响
•       3.2.2 MCB和Pb-MCB对SOD骨架结构的影响
•       3.2.3 三维荧光光谱研究MCB和Pb-MCB引起的SOD构象的变化
•       3.2.4 MCB和Pb-MCB对SOD酶活性的影响
•   4 结论
• 第5章 总结和展望
•   1 主要结论
•     1.1 MCB和Pb-MCB对小鼠肝细胞氧化应激效应的研究
•     1.2 MCB和Pb-MCB对胞外CAT、SOD构象和活性的影响
•   2 创新点
•   3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研情况及奖励
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾晨号

导师: 刘汝涛

关键词: 载铅超细炭黑,氧化应激,肝细胞,过氧化氢酶,超氧化物歧化酶

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 山东大学

分类号: X171.5

总页数: 83

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