硒化沙棘多糖对PM2.5中铅所致肺泡上皮细胞氧化损伤保护机制研究

It is certain that PM2.5 (fine particulate, which can go into the lung) is harmful to human health, then how to control the damage to the body is a problem to be solved now. The heavy metal lead adsorbed by PM2.5 can induce human alveolar epithelial cells to produce a series of oxidative stress reaction. Our research group finds that, pectin from Hippophae rhamnoides subsp. sinensis, which widely distributed in Qinghai-Tibet plateau, has remarkable antioxidant activity. It can chelate heavy metal, such as Pb2+, Fe2+, Cu2+, and protect cells against oxidative damage. Selenylated polysaccharide both have the activities of polysaccharide and selenium, and its biological activity is better than either polysaccharide or selenium. So, could selenylated seabuckthorn polysaccharide protect body lead poisoning caused by PM2.5? The present project intends to evaluate the effect of different polysaccharide selenide modification on cell oxidative damage caused by Pb2+ of PM2.5, reveal the concentration-response relationship of two aspects of the prevention and treatment, make the mechanism of protective effect of selenylated seabuckthorn pectin clear in 5 aspects, including heavy metal chelating function, radical scavenging ability, intracellular key antioxidant enzyme activity, mitochondrial function protection and cell apoptosis inhibition, reveal the activity-structure relationship, search the best active structure, provide the scientific evidence for using the selenylated seabuckthorn polysaccharide to protect body lead poisoning caused by PM2.5.

PM2.5(入肺细颗粒物)影响健康已成定局，但接下来如何防治其对机体造成的损伤是目前亟待解决的问题。PM2.5上吸附的重金属铅会诱导人体肺泡上皮细胞产生一系列氧化应激反应。本课题组研究发现，青藏高原广泛分布的中国沙棘中果胶类多糖具有显著的抗氧化活性，能够络合铅等重金属，对重金属导致的细胞氧化损伤有保护作用。硒化多糖兼具硒和多糖的生理活性，且相互协调并增强。那么，硒化沙棘多糖能否防治PM2.5导致的机体铅中毒呢？本项目拟应用硫酸铅诱导的A549细胞氧化损伤模型，研究不同硒化修饰对沙棘多糖抗铅诱导细胞氧化损伤能力的影响；考察其预防和治疗两方面的量效关系；从重金属络合、自由基清除、提高抗氧化酶活力、保护线粒体功能、抑制细胞凋亡5个方面，揭示其对肺泡细胞氧化应激保护机制；探讨硒化修饰引起的多糖结构变化与活性的关系，寻找硒化沙棘多糖最佳活性结构，为硒化多糖在PM2.5铅危害防治中的应用提供科学依据。

如何防治PM2.5其对机体造成的损伤是目前亟待解决的问题。PM2.5 上吸附的重金属铅会诱导人体肺泡上皮细胞产生一系列氧化应激反应。本课题组研究发现，沙棘中果胶类多糖具有显著的抗氧化活性，能够络合铅等重金属，对重金属导致的细胞氧化损伤有保护作用。硒化多糖兼具硒和多糖的生理活性，且相互协调并增强。那么，硒化沙棘多糖能否防治PM2.5 导致的机体铅中毒呢？本项目以活性沙棘多糖为实验材料，采用 3 种硒化修饰方法，制备硒化沙棘多糖，分别以亚硒酸钠（Na2SeO3）为基团供体得到硒化沙棘多糖Seleno-HRWP-A-1、以二氯氧硒（SeOCl2）为基团供体得到硒化沙棘多糖Seleno-HRWP-A-2、沙棘多糖为纳米单质硒的软模板得到沙棘多糖-单质硒纳米复合物HRWP-A-SeNPs；应用Pb2+诱导的A549 细胞（人肺腺癌细胞系）氧化损伤模型，研究不同硒化沙棘多糖对PM2.5 中铅所致肺泡上皮细胞氧化损伤保护机制：(1)不同硒化修饰方法对沙棘多糖抗铅诱导人肺泡上皮细胞氧化损伤能力的影响的预防和治疗2 个方面的量效关系研究表明，两种沙棘多糖硒化物中，HRWP-A-SeNPs对PbAc2诱导的A549细胞损伤保护作用更为高效，但是HRWP-A-SeNPs的细胞毒作用也更大一些。(2)保护作用机制研究表明：一方面，沙棘多糖硒化物能够显著提高关键抗氧化酶活性，增强谷胱甘肽氧化还原循环，随后对凋亡信号产生积极影响，最终通过caspase依赖细胞凋亡途径，阻止PM2.5铅导致的ATⅡ细胞凋亡；另一方面，Se-HRWP能够显著提高关键抗氧化酶活性，增强谷胱甘肽氧化还原循环，随后对凋亡信号产生积极影响，最终通过caspase依赖细胞凋亡途径，阻止PM2.5铅导致的ATⅡ细胞凋亡。(3) 从硒化修饰引起的多糖一级结构和高级结构变化方面，探讨了多糖结构与铅中毒防治的关系，确定了分别按照量效关系范围控制毒/效作用，有机硒化合物Seleno-HRWP-A和无机硒复合物HRWP-A-SeNPs均可作为PM2.5铅导致的ATⅡ细胞损伤的防治药物候选物及本研究范围内最佳活性结构。本项目从肺泡细胞氧化应激保护机制方面证明了“硒化多糖能够预防和治疗PM2.5 导致的机体铅中毒”这一科学问题，为硒化多糖在PM2.5铅危害防治中的应用提供科学依据。