锰对认知功能的影响及其分子作用机制研究

Chronic exposure to manganese can lead to decrease of cognitive function, but the molecular toxicological mechanism is still unclear. Recently, our population studies and animal experiments revealed that manganese exposure may impair cognitive function by decreasing the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) levels. However, there are few reports if cognition related genes which were demonstrated play a role in the impairment of cognitive abilities induced by manganese. This study combines animal experiments and population epidemiological investigations, such as Morris water maze test, Quantitative PCR and western-blot to verify SPON1、APP、APOE whether are associated with cognitive deficits induced by manganese, and then select some genes which are related to cognition to study the effects of these genes on this mechanism in knockout and manganese exposure mice. At last, we use the Montreal Cognitive Assessment (MoCA) and Neurobehavioral Core Test Battery(NCTB) to evaluate cognitive function, and detect manganese exposure dose in vivo and vitro and plasma cognition among population of long-term chronic exposure to manganese. We hope that we can explain the mechanism further and find new early biomarkers of manganese exposure through this study.

慢性锰暴露可致机体认知能力下降，但是其分子毒理机制仍不清楚。最近我们的人群调查及动物实验揭示了锰暴露可能通过降低脑源性神经因子(BDNF)的含量，从而使机体的认知能力降低。但其他一些已证明与认知功能有关的基因是否在锰导致机体认知功能损害中发挥了作用？目前少有报道。本研究采用动物实验和人群流行病学调查相结合的方法：用Morris水迷宫试验、荧光定量PCR、western-blot等来验证SPON1、APP、APOE等基因是否和锰暴露导致认知功能下降有关，将关联分析有意义的基因敲除后的小鼠染锰并验证该基因在锰对认知功能影响中的作用机制。最后在锰慢性暴露的人群中，采用蒙特利尔认知评估量表（MoCA）和神经行为核心测试组合（WHO-NCTB）来评估其认知功能，并检测锰内外暴露的剂量及血浆中锰含量。有望通过该研究进一步阐明锰导致机体认知功能下降的作用机制并找到新的锰暴露的早期效应生物标志物。

慢性锰暴露可致机体认知能力下降，但其分子机制仍不清楚。近年多项研究表明：环境中的锰是AD发病的风险因素，AD中APP、ADAM10、sAPPα等蛋白与认知功能有关，这些基因是否在锰致机体认知损害中发挥了作用？本研究结合历年工厂内空气锰浓度监测资料及工人工作时间，计算工人的Mn-CEI并分组；采用MoCA量表测定锰暴露工人认知能力，用Elisa测定血浆中APP、Aβ1-40、Aβ1-42蛋白含量；分析Mn-CEI与认知能力和血浆中APP蛋白含量的关系。探讨不同浓度锰暴露对小鼠认知功能的影响，并通过原代神经元、N2a细胞染锰实验验证APP、ADAM10、sAPPα在锰致机体认知损害中的作用。人群研究显示MoCA各项得分与Mn-CEI均为负相关, MoCA总分和血浆中APP蛋白含量呈正相关。小鼠Morris水迷宫实验结果显示：实验第5天，200和400 mg/L组小鼠逃避潜伏期长于0 mg/L组，400 mg/L组小鼠逃避潜伏期长于100 mg/L组；实验第6天，400 mg/L组小鼠穿越平台次数低于0 mg/L组。Western-blot和Elisa结果显示：200和400 mg/L组小鼠皮层中APP和血浆中sAPPα蛋白含量均低于0 mg/L组，400 mg/L组小鼠皮层中ADAM10蛋白含量低于0 mg/L组；各组小鼠皮层和血浆中BACE1、sAPPβ、Aβ1-40和Aβ1-42蛋白含量均未改变。细胞实验结果显示：原代神经元中400 μM组和N2a细胞中800 μM组的APP、ADAM10、BACE mRNA水平和APP、ADAM10、sAPPα蛋白水平均分别低于原代神经元和N2a细胞中0 μM组；而原代神经元和N2a细胞各组间BACE1、sAPPβ、Aβ1-40和Aβ1-42蛋白含量均未改变。N2a细胞经shRNA-APP 3个不同序列敲降APP后，APP表达明显降低。敲降APP后的3个细胞稳转株经800 μM锰染毒24 h后的ADAM10蛋白含量均低于阴性对照组；而BACE1、Aβ1-40和Aβ1-42蛋白含量未改变。本项目首次从人群流行病学调查、体内动物实验和体外细胞培养3个方面共同探讨了APP、ADAM10、sAPPα等在锰致机体认知损伤中的作用，为了解锰的神经毒性提供了全新的视野。