OPG/RANKL/RANK系统在氟砷联合骨骼毒性中的调控机制

The regulating mechanism of OPG/RANKL/RANK system in bone damages caused by co-exposure to fluorine and arsenic have been studied in both the rats and bone cell（osteoblast and osteoclast）co-exposed to fluorine and arsenic based on the sample storehouse and database that the project supported by the National Natural Science Foundation of China.The proteins expression and gene change of OPG/RANKL/RANK system as the main biomarkers of bone toxicity in both experimental rats and bone cell caused by co-exposure to arsenic and fluoride. To evaluate key biomarkers of the OPG/RANKL/RANK system and the modes of the combined effect of arsenic and fluoride based on dose-response relationships.The biological exposure limits of bone damages caused by co-exposure to arsenic and fluoride would estimate by the benchmark dose method in molecular level.This study has important theoretical significance to reveal the molecular mechanism，the key biomarkers and the modes of bone toxicity caused by co-exposure to arsenic and fluoride. It will provide the scientific basis of intervention research and prevention and control for chronic poisoning patients co-exposed to fluorine and arsenic.

本研究是在前期研究已获得氟砷暴露人群样本库和数据库基础上，以氟砷染毒大鼠和骨细胞培养为研究对象，以OPG/RANKL/RANK系统相关蛋白、基因的表达和改变为主要指标，应用分子毒理学及现代统计学等理论和方法，研究OPG/RANKL/RANK系统在氟砷联合骨骼毒性中的调控机制，在此基础上通过剂量效应关系分析探讨该调控通路上下游的氟砷联合骨骼毒性的关键靶点（分子生物学标志）和氟砷联合作用模式，同时推算氟砷联合作用分子水平骨骼损害的生物暴露限值。本研究对于揭示氟砷联合中毒骨骼毒性的分子机制、关键靶点及氟砷联合作用模式具有重要的理论意义，也为下一步的干预研究及地方性氟砷中毒的防制研究提供科学依据。

项目从整体动物实验和细胞实验两个角度较系统研究了OPG/RANKL/RANK信号通路在氟、砷及其联合暴露骨骼毒性的机制及其调控作用。动物实验发现慢性氟砷联合染毒大鼠骨骼毒作用主要表现为氟的主效应作用，氟砷联合骨骼毒性的交互作用主要表现为砷对氟主效应的拮抗作用；氟砷联合对牙齿毒性方面也主要表现为氟的主效应，但部分剂量组合表现为协同作用。细胞实验发现氟、砷暴露剂量的不同对成骨细胞、破骨细胞的增殖分化作用的影响表现为双向调节作用，主要体现为低剂量促进或激活，高剂量抑制和产生毒性；氟砷联合染毒交互作用明显，砷主要作为氟的拮抗因子发挥作用。在成骨细胞与破骨细胞共培养体系中，氟砷联合染毒对共培养体系中相关基因表达的交互作用主要表现为砷对氟的拮抗作用，但共培养体系中氟砷在改变相关基因蛋白或mRNA的表达时与动物实验不尽相同，提示氟砷联合骨骼毒性机制可能还存在其他信号系统，具体机制尚需进一步探索。结合课题组前期人群研究资料，推算出氟砷暴露分子水平骨骼损害生物接触限值：UF为0.52mg·g-1Cr，UAs为6.59μg·g-1Cr。RANKL/OPG比值可作为判断骨重建中骨吸收与骨形成两者强弱关系的指标；GSK-3可作为评价氟砷混合暴露早期损伤的敏感性标志。项目较全面揭示了氟砷暴露致骨毒性的分子机制及交互作用特点，研究结果进一步丰富了氟砷联合作用机制研究内容和领域，为环境氟砷暴露的健康监测、氟砷联合暴露交互作用机制的深入研究提供了有益的启示和借鉴，具有理论意义和参考指导价值。