稻米中铅的化学形态及其细胞毒性机理研究

In recent years, the exceeding limitation of lead (Pb) was occasionally found in Chinese rice, which gradually become the objective to the researchers in the food safety area. So far, the total Pb content has been targeted as a limitation index of rice in national food safety standards, while the Pb speciation is not clearly definite. However, the bioavailability and cytotoxicity mechanism of each Pb compound are individually different. Therefore, the has a close connection with the edible safety of rice. In order to solve the question, our project, with the results of previous studies, will focus on: (1) The analysis of Pb speciation in high Pb content rice by metallomics methods; (2) the evaluation of the cytotoxcity and concentrations of major Pb compounds in rice by the establishment of three cell models (mice macrophage, rats nerve cell and osteoblast); (3) the clarification of the connection between Pb speciation and it bioavailability by in vitro digestion/Caco-2 cell model, and the reveal of the targeted cytotoxic mechanism of Pb compounds via molecular and cell level by further analysis of key proteinese, cell cytokines and gene transcription level of three cells. With the understanding of the relation between Pb speciation and toxicity by the quality and the quantity of Pb, we will build a scientific basis for the reasonable measure of the real toxicity of Pb in rice and its edible safety.

近年来，我国稻米铅含量超标事件常有发生，在食品安全领域逐渐成为强烈关注的对象。目前食品安全标准以总铅为限量指标，并未对铅的形态做明确规定。然而，各种铅的化合物毒性不同，并且在细胞内有效性和毒性机理各不相同，铅的化学形态与稻米食用安全存在密切联系。针对这一尚待研究解决的问题，本项目拟在前期研究基础上，（1)采用金属组学手段，分析高铅稻米中铅的主要形态；（2）建立3种体外细胞模型（小鼠巨噬细胞、大鼠神经细胞和成骨细胞），系统地评价稻米中主要铅化合物的细胞毒性及作用剂量范围；（3)利用体外消化/Caco-2细胞模型，明确稻米中铅的化学形态与生物有效性相互关系，并进一步分析3种染毒细胞关键蛋白酶、细胞因子和基因转录水平，从分子与细胞水平揭示铅的化学形态与细胞靶向毒性作用机制。通过铅的"质"与"量"两方面评价其形态与毒性的关系，为合理的表征稻米中铅的真实毒性及其食用安全性提供科学依据。

近年来，我国稻米铅含量超标事件常有发生，引起国民恐慌，在食品安全领域逐渐成为强烈关注的对象。目前食品安全标准以总铅为限量指标，并未对铅的形态做明确规定。然而，各种铅的化合物毒性不同，并且在细胞内有效性和代谢机理各不相同，铅的化学形态与稻米食用安全存在密切联系。本项目研究结果有：（1）建立了微量直接进样-二元泵联用ICP-MS分析大米蛋白样品中痕量铅的方法、磁性固相微萃取-ICP-OES 分析大米中痕量重金属铅的方法，提升了铅的检测灵敏度和准确性。建立了四种常见铅形态的HPLC-ICP-MS分离鉴定方法，鉴定了铅超标大米中主要铅的形态为Pb（II）。（2）利用肝癌细胞（HepG2）、成骨细胞（MC3T3-E1）、巨噬细胞（RAW264.7）、神经细胞（PC12）、Caco-2细胞、海马神经元细胞（HT22）和原代神经细胞等7种细胞模型，筛选评价了Pb2+对多种细胞的毒性剂量。通过体外模拟消化/Caco-2细胞模型，阐明了高铅大米中铅的物有效性。（3）研究了大米蛋白等食物消化产物对铅诱导的PC12细胞氧化损伤程度的筛选，发现富硒大米蛋白酶解产物对铅诱导PC12和RAW264.7细胞氧化损伤具有保护作用，并且进一步阐明了大米硒肽（SPHs）对铅诱导PC12和 RAW264.7细胞凋亡的保护机理。利用色谱-质谱分离鉴定和细胞活性跟踪手段分析，证明了高活性组分SPHs-2对铅诱导RAW264.7细胞免疫毒性的修复作用是通过NF-κB/MAPK信号通路实现的。通过鉴定并反向合成了SPHs-2中两条具有免疫活性的含硒代蛋氨酸（SeMet）的小肽，具体氨基酸序列为TSeMMM和SeMDPGQQ，进一步阐明了两条新型活性小肽对铅诱导HT22神经细胞氧化损伤保护作用机制。本项目通过铅的“量”与“质”两方面评价其形态与毒性的关系，为合理的表征稻米中铅的真实毒性及其食用安全性提供科学依据，研究发现的硒肽对铅的诱导的细胞毒性保护作用，为新型缓解铅毒性功能食品的开发提供理论依据。