低浓度1,2-二氯乙烷长期暴露的神经毒性及其机制研究

Occupational poisoning caused by high concentration of 1,2-dichloroethane (1,2-DCE) exposure has received extensive attention of the whole society. Our previous study suggested that low concentration of 1,2-DCE exposure could result in the change of the glutamate (Glu) and γ-aminobutyric acid (GABA) contents in the brain of the experimental animals, and further induce behavior abnormalities. The results of epidemiological investigation about occupational population also showed that long-term exposure to low concentration of 1,2-DCE might cause damage to the central nervous system (CNS) of the occupational population. So far, the research data on long-term exposure to low concentration of 1,2-DCE caused the CNS damage is few, and the toxicological mechanism involved 1,2-DCE induced neurotoxicity remains poorly understood. The aim of this study is to explore the effects of long-term exposure to low concentration of 1,2-DCE on Glu and GABA metabolism in astrocytes (AC), and determine the relationship between the Glu abnormal metabolism and N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) mediated NO-sGC-cGMP signaling pathway. The results of the present study might provide scientific reference for the clarification of the initial target site of the toxic effects on CNS caused by long-term exposure to low concentration of 1,2-DCE and its prevention and treatment work in occupational poisoning.

较高浓度1,2-二氯乙烷（1,2-DCE）暴露引起的职业中毒已经受到全社会的广泛关注。我们前期研究结果提示，较低浓度的1,2-DCE暴露可引起实验动物脑组织中谷氨酸（Glu）和γ-氨基丁酸（GABA）含量的异常，并导致动物行为的异常。职业人群流行病学调查结果也显示，长期接触低浓度1,2-DCE可能对职业暴露人群的中枢神经系统（CNS）产生危害。迄今，有关低浓度1,2-DCE长期接触引起CNS损伤的研究资料极少，其神经毒作用机制尚属空白。本项目拟通过探讨低浓度1,2-DCE长期暴露对星形胶质细胞（AC）内Glu与GABA代谢关键环节的影响，明确Glu代谢异常与1,2-DCE对N-甲基-D-天门冬氨酸受体（NMDAR）介导的NO-sGC-cGMP信号转导通路影响之间的内在联系，为揭示低浓度1,2-DCE长期暴露所致CNS损伤的初始靶作用位点及1,2-DCE职业中毒的防治工作提供科学的参考依据。

本项目拟通过探讨低浓度1,2-DCE长期暴露对星形胶质细胞（AC）内Glu代谢关键环节的影响，明确Glu代谢异常与1,2-DCE对N-甲基-D-天门冬氨酸受体（NMDAR）介导的相关信号转导通路影响之间的内在联系，为揭示低浓度1,2-DCE长期暴露所致CNS损伤的初始靶作用位点及1,2-DCE职业中毒的防治工作提供科学的参考依据。穿梭箱实验结果显示，各染毒组小鼠的主动逃避次数均显著低于对照组。此外，高剂量染毒组的主动逃避潜伏期显著高于对照组。定位航行试验中，从训练第3天起，中剂量和高剂量组小鼠寻找平台的潜伏期均显著高于其他各组。空间探索实验中，各染毒组小鼠的穿越平台次数随染毒剂量的增加而减少。此外，各染毒组的小鼠在目标象限停留时间随染毒剂量的增加而减少。电镜观察发现，对照组小鼠的海马神经元核膜轮廓清楚，染色质分布均匀，胞质内含有丰富的高尔基体、线粒体和内质网等细胞器；随着染毒剂量的增加，染毒组小鼠海马神经元胞质内可见线粒体肿胀、脊减少或无脊，粗面内质网扩张，空泡化。小鼠海马组织中Ca2+含量随染毒剂量的增加而增加，其中中剂量和高剂量染毒组均显著高于对照组和低剂量染毒组。各剂量组小鼠海马组织中Na+/K+-ATPase活性无显著性差异。高剂量染毒组小鼠海马内GS的蛋白和mRNA表达水平显著低于其他各组。与对照组相比，中剂量和高剂量染毒组小鼠海马内PAG的蛋白表达显著下降，而mRNA表达水平没有明显变化；此外，各染毒组的GS和PAG活力均显著低于对照组。随着染毒剂量的增加，各染毒组GLAST 和GLT-1的mRNA和蛋白含量均显著减少。随着染毒剂量的增加，各染毒组GluN1，GluN2A 以及GluN2B的mRNA和蛋白含量均显著增多。基于以上实验结果，低浓度1,2-DCE较长时间暴露可通过干扰小鼠海马内谷氨酸代谢循环，影响突触间隙谷氨酸浓度，进而影响NMDA受体相关信号转导通路，最终影响其学习记忆能力。