PI3K/Akt信号通路及热应激蛋白在MMT燃烧产物致神经毒性中的作用机制

甲基环戊二烯三羰基锰（MMT）的燃烧产物可以导致环境中锰化合物污染，但其分子毒理学机制仍不明确。鉴于锰主要对神经细胞发生毒理作用，以及PI3K/Akt信号通路和热应激蛋白（Hsps）在环境毒物应激中的重要作用，本研究提出以下假说：MMT的燃烧产物硫酸锰作用于神经细胞后，PI3K/Akt信号通路和Hsps表达被激活，从而对其神经毒性发挥调节作用。本项目应用体外细胞实验、体内动物实验和人群流行病学调查三阶段策略：在细胞水平通过Akt抑制、Hsps过表达和RNA干扰技术，探讨PI3K/Akt通路和Hsps在硫酸锰致神经细胞损伤中的分子机制；通过Wistar大鼠慢性毒理实验，验证细胞学的分子机制，探讨锰对动物神经行为功能的影响；在MMT燃烧产物长期暴露的人群中，评价神经行为功能方面的健康效应。从而阐明MMT燃烧产物导致神经细胞损伤和机体健康危害的发生机制，为我国MMT的安全使用提供科学依据。

MTT的燃烧产物可以导致环境中锰污染，其分子毒理学机制尚不明确。本研究基于锰对神经细胞毒理学效应以及PI3K/Akt信号通路和热应激蛋白（Hsps）在环境毒物应激中的重要作用，在细胞水平探讨PI3K/Akt通路和Hsps在锰致神经细胞损伤中的分子机制；采用大鼠慢性毒理实验评价了硫酸锰对动物神经行为的影响；在MMT燃烧产物长期暴露的人群中，评价了神经行为功能方面的健康效应。本项目研究了加油站MMT暴露人群的健康效应，包括工人血浆氧化损伤指标及热应激蛋白70（Hsp70）水平的检测及神经认知功能MoCA测试。结果显示：（1）MMT暴露可导致机体血浆氧化应激水平增强，并且导致血浆Hsp70含量增加；（2）按工龄与锰累积暴露指数（CEI）将暴露组分层，氧化应激水平随工龄增加而显著增强；（3）采用MoCA认知评估量表对加油作业员的神经系统亚临床损害进行检测，结果显示MMT暴露可导致机体认知功能损伤。80只大鼠分为高剂量组(20mg/kg)、中剂量组(10mg/kg)、低剂量组(5mg/kg)及对照组，6个月慢性硫酸锰染毒后进行旷场实验及Morris水迷宫测试，结果显示：（1）慢性硫酸锰染毒可导致大鼠海马神经细胞造成损伤，并随染毒剂量增加而增强；（2）慢性硫酸锰染毒可显著增加促凋亡基因表达并减少抑凋亡基因的表达，并具有剂量反应关系；（3）慢性硫酸锰染毒可以增加PI3K/Akt通路相关基因及蛋白表达，并激活PI3K/Akt通路对机体产生保护效应。对PC12细胞进行体外硫酸锰染毒，流式细胞术检测细胞凋亡及周期，同时进行细胞内氧化应激的检测及PI3K/Akt通路抑制与Hsps基因过表达实验，并检测处理前后PI3K/Akt通路相关蛋白及基因表达量，结果显示：（1）硫酸锰染毒可以促进PC12细胞凋亡并增强细胞坏死水平，抑制细胞增殖；（2）硫酸锰染毒可以增强PC12细胞内氧化应激水平；（3）硫酸锰染毒后PI3K/Akt通路被激活可以对细胞产生一定程度的保护效应；（4）抑制PI3K/Akt通路可以导致染毒细胞活性下降、氧化应激水平明显强于非抑制处理细胞，Hsp70基因过表达可以导致染毒细胞活性及氧化应激能力明显强于一般表达Hsp70的 PC12细胞。本项目系统阐明了MMT环境污染物的神经毒理学机制，从而为我国MMT的安全使用、人群暴露的危害评估提供了科学依据。