微囊藻毒素对大鼠认知功能的影响

随着富营养化的加剧，淡水水体中的蓝藻水华爆发日益严重。在已发现的各种蓝藻毒素中，微囊藻毒素（microcystins, MCs）是危害最严重的一类，其中以MC-LR的毒性最强。肝脏是MCs毒性作用的主要靶器官，近年的研究发现它具有多器官毒性效应。MCs对神经系统毒性的研究多为描述现象的探索性实验，关于机制的深入探讨和系统性研究不够，尚缺乏哺乳动物长期低剂量染毒的研究。本项目采用高剂量急性和长期低剂量暴露两种染毒方式，综合运用液相色谱-质谱联用检测、行为学测试，实时定量PCR、Western blotting、荧光离子成像等方法技术，从整体、脑片、细胞、分子多个层次研究MC-LR对大鼠认知功能的影响及机制，扩展人们对微囊藻毒素的哺乳动物毒理效应范围及机理的认识，探讨并建立微囊藻毒素神经毒性评价的模型，用以评估对人类的潜在威胁，为防治微囊藻毒素产生的危害提供新思路和理论依据。

随着富营养化的加剧，淡水水体中的蓝藻水华爆发日益严重。在已发现的各种蓝藻毒素中，微囊藻毒素（Microcystin-LR, MCLR）是危害最严重的一类。肝脏是MCLR主要的靶器官，近年越来越多的研究关注其神经毒性。我们针对微囊藻毒素的神经认知毒性进行了深入研究。首先，我们利用海马内一次性注射的方式，模拟毒素的急性暴露，发现大鼠的空间学习记忆能力明显受损，同时大鼠海马CA1区能观察到显著的组织病理学和超微结构的损伤，并检测到氧化应激损害。为了进一步阐述MCLR的认知毒性及其介导机制，我们采用连续50天腹腔注射的方式，模拟长期暴露，证实毒素能通过血脑屏障进入脑内诱发神经毒性，并利用蛋白质组学研究发现，MCLR长期染毒后，脑内表达发生改变的蛋白涉及细胞骨架功能，神经退行性病变，氧化应激与细胞凋亡，蛋白质合成与空间构象，信号转导等。深入研究发现，长期染毒后，脑内蛋白磷酸酶活性降低，微管相关蛋白Tau在Ser396和Ser404位点的磷酸化水平增加。尽管MCLR染毒不影响大鼠食物和水的摄取，体重和整体运动机能，但能损伤空间学习和记忆能力，并诱导海马区严重的组织病理学损伤和神经元的凋亡。长时程增强（Long-term potential, LTP）是学习记忆的分子学机制，我们进一步的研究发现，在体场电位记录中MCLR能够抑制LTP，而糖原合成酶激酶-3β（Glycogen synthasa kinase 3β, GSK-3β）的抑制剂LiCl和SB216763能够阻断MCLR对LTP的损伤，同时MCLR能够浓度依赖性地减少GSK-3β在Ser 9位点的磷酸化而活化GSK-3β，提示GSK-3β在MCLR引发的认知损伤中起了关键作用，可成为防治MCLR认知毒性的重要靶点。我们采用荧光钙离子成像技术，发现300 nM MCLR能够升高原代培养的海马神经元细胞内的钙离子水平，同时结合我们蛋白质组学发现的大鼠海马内质网标志物Bip (heat shock 70kD protein 5)表达增高，提示内质网应激（Endoplasmic reticulum stress, ERS）可能介导了MCLR的神经毒性。我们紧密围绕MCLR神经毒性，开展了一系列的研究，获得了重要的研究结果，从多个角度阐述了MCLR的认知毒性及机制。