Cr(Ⅵ)诱导肝细胞线粒体VDAC损伤及其与细胞凋亡、能量代谢障碍的关系

六价铬[Cr(Ⅵ)]可经阴离子通道进入细胞内，损伤线粒体结构与功能，诱导细胞凋亡与能量代谢障碍，但二者作用机制及联系目前未见报道。研究表明，在线粒体外膜上存在一种电压依赖性阴离子通道（VDAC），它的功能异常、寡聚化或与其他物质相互作用等多种方式导致细胞色素C释放，引发细胞凋亡；同时细胞色素C 也是线粒体呼吸链中的电子传递体，与细胞的能量代谢密切相关。由于Cr(Ⅵ)所致的细胞凋亡与能量代谢障碍，二者均可涉及细胞色素C ，即经VDAC释放的细胞色素C 不仅可激活细胞凋亡程序，而且细胞色素C 的丢失还可影响线粒体呼吸链中的电子传递，导致细胞能量代谢障碍。因此，本课题拟探讨Cr(Ⅵ)诱导肝细胞线粒体VDAC损伤及其与细胞凋亡、能量代谢障碍的关系，并通过干预经VDAC介导的细胞色素C释放对细胞凋亡、能量代谢障碍的影响机制，从而为Cr(VI)中毒的生物学防治提供科学实验依据。

六价铬（Cr(Ⅵ)）广泛应用于电镀、冶金、制革等工业生产中，近年来频发的农作物或水体铬污染事件以及药用“铬胶囊”事件使得铬对人群健康的影响被广泛关注。研究Cr(Ⅵ)的健康损害、毒理学机制以及防治措施对保护人类健康具有重要的学术价值与实际意义。本课题提出的主要学术问题是探讨Cr(Ⅵ)经细胞膜阴离子通道进入细胞后通过损伤线粒体结构与功能诱导细胞凋亡与能量代谢障碍，二者作用机制是否与线粒体外膜上电压依赖性阴离子通道（VDAC）有关，是否可通过保护线粒体通透性转运孔（PTP）来降低Cr(Ⅵ)的生物毒性。研究表明VDAC可导致细胞色素C（Cyt C）释放引发细胞凋亡；Cyt C与辅酶Q （CoQ）是线粒体呼吸链中的电子传递体，与能量代谢密切相关，Cyt C释放可导致凋亡与能量代谢障碍，即PTP释放的Cyt C 不仅可激活凋亡程序，而且Cyt C的丢失还影响呼吸链中的电子传递导致能量代谢障碍。本研究通过构建VDAC基因低表达载体证实了Cr(Ⅵ)诱导的VDAC异常与凋亡、能量代谢障碍有关。此外，课题还研究了Cr(Ⅵ)对呼吸链中CoQ的影响，结果显示Cr(Ⅵ)能明显抑制CoQ2基因表达，导致CoQ10与ATP含量降低，PTP开放以及Cyt C释放，而外源性补充CoQ10可降低Cr(Ⅵ)所致的细胞毒性，提示CoQ可作为Cr(Ⅵ)暴露肝细胞毒性的一种生物标志物，补充外源性CoQ10也有利于降低Cr(Ⅵ)所致肝细胞损伤；同时研究证实用环孢菌素Ａ（CsA）抑制线粒体PTP开放可减轻Cr(VI）诱导的线粒体依赖性肝细胞凋亡与能量代谢障碍等。这些结果为探讨Cr(Ⅵ)健康损害的生物学防治措施提供了有价值的实验依据。为研究VDAC与Cr(Ⅵ)染毒后线粒体功能损伤的关系，本课题进行了拓展性探索，如将线粒体PTP与酸性鞘磷脂酶（ASMase）相联系，在研究中用地昔帕明（DES）抑制ASMase活性降低神经酰胺的生成。研究发现VDAC可能通过mPTP以及神经酰胺参与Cr(Ⅵ)诱导的细胞毒作用；又如研究了细胞钙稳态与自噬在Cr(Ⅵ)诱导的细胞毒性中的作用，提示其可能与线粒体PTP开放相关。因此，本课题通过探讨Cr(Ⅵ)诱导肝细胞线粒体VDAC损伤及其与细胞凋亡、能量代谢障碍的关系，并基于CsA对mPTP的干预作用，本课题研究成果为进一步探讨Cr(VI)中毒机制及其生物学防治措施提供了重要的科学信息。