低剂量铅锰联合暴露致学习记忆损伤的机制研究

Lead (Pb) and manganese (Mn) are common environmental pollutants. Previous studies reported that co-exposure to Pb and Mn resulted in enhanced neurotoxicity. However, the mechanisms are not clear. The normal function of astrocytes (AS) and the neuron-glia network is required for learning and memory, while abnormal activation of AS is harmful to memory. We previously found that Mn exposure led to activation of AS and microglia (MG). Based on the former findings, we hypothesize that the activation of MG and AS, and the changed neuron-glia network function play an important role in the Pb-Mn co-exposure-induced impairment of learning and memory. sponsor a epidemiology survey to investigate the status of co-expsoure of Pb and Mn to children and the following impairment of metal development. Furthermore, we will employ epidemiological， neurobehavioral, immunohistochemical, electrophysiological, and biological technologies, to investigate the role of glia activation in the Pb-Mn co-exposure-induced impairment of learning and memory in vivo and in vitro, and clarify the mechanisms of the enhanced neurotoxicity induced by Pb-Mn co-exposure. In addition, we will use inhibitors of glia activation to observe the possible protective effects on the Pb-Mn co-exposure-induced impairment of learning and memory, and provide new effective measures to prevent the neurotoxicity induced by Pb-Mn co-exposure.

铅和锰是常见的环境重金属污染物。以往研究表明铅、锰联合暴露可产生协同神经毒性，但其机制并不清楚。星形胶质细胞（AS）及AS-神经元网络的正常功能对于机体学习记忆功能十分重要。我们前期实验发现，铅、锰的联合暴露可以诱导大脑AS和小胶质细胞（MG）活化。因此我们推测：MG、AS的活化以及胶质细胞-神经元网络的改变是铅、锰产生协同神经毒性的重要机制。本研究通过人群研究、动物实验和细胞实验，利用卫生流行病学调查、神经行为学、免疫组织化学、神经电生理学、分子生物学方法，研究我国部分地区儿童体内铅、锰负荷及学习记忆损害情况，探讨AS、MG以及胶质细胞-神经元网络的改变在铅、锰联合暴露诱导的学习记忆损伤机制中的作用，阐明铅、锰协同毒性的机制；并通过抑制胶质细胞的活化，观察对学习记忆损伤可能的保护作用，从而为铅、锰联合暴露神经毒性的防护提供实验基础。

结题摘要.环境中铅、锰联合暴露是目前普遍存在的现状，铅、锰均能够诱导认知功能损伤，且都能够诱导小胶质细胞活化；而小胶质细胞的活化可以调控星形胶质细胞的功能，同时星形胶质细胞与大脑学习记忆功能关系密切，因此我们推测铅、锰联合暴露可能是通过诱导脑内小胶质细胞活化，进而影响星形胶质细胞功能，并最终导致认知功能的损伤。采用体内外动物模型及人群实验，结果发现：（1）铅、锰单独及联合暴露均可引起海马神经元损伤及学习记忆能力下降，且联合暴露可加重损伤的程度，提示铅、锰对神经元的损伤及学习记忆能力的影响可能具有联合作用；（2）体内实验发现，联合暴露3天时，小胶质细胞出现活化，而在暴露后5天，星形胶质细胞才出现显著的活化，提示联合暴露导致的星形胶质细胞的活化可能是由小胶质细胞所介导的；体外实验证实，低剂量联合暴露直接作用于星形胶质细胞不能引起星形胶质细胞的活化；而在小胶质细胞与星形胶质细胞共培养的情况下星形胶质细胞则出现显著的活化；（3）小胶质细胞在引起星形胶质细胞活化的同时，可诱导星形胶质细胞的谷氨酸-谷氨酰胺循环相关蛋白表达异常，导致谷氨酸的蓄积；（4）体内外实验均发现，在使用小胶质细胞活化抑制剂米诺环素后，星形胶质细胞的活化、谷氨酸-谷氨酰胺循环相关蛋白表达异常及谷氨酸的蓄积均得到显著逆转；而海马部位神经元突触可塑性的损伤以及学习记忆能力的损伤也得到显著缓解；（5）体外实验发现，铅、锰暴露可减弱NMDA 诱导的海马神经元钙离子活动；而米诺环素干预可逆转此过程，提示铅、锰暴露可部分通过引起小胶质细胞活化影响神经元钙活动；（6）胶质细胞调控信号网络的检测结果显示，铅、锰可导致AMPA亚基GluR2表达降低，其联合作用具有协同性；NMDA受体亚基NR2A主要受到铅影响，而NR2B可受到铅、锰同时影响，并具有协同性；体外小胶质细胞-星形胶质细胞-神经元细胞联合培养模型检测结果发现，铅、锰通过小胶质细胞活化可继发导致神经元ERK-MAPK， NF-KB信号通路的活化。以上结果为揭示铅、锰联合暴露诱导认知功能损伤的细胞分子机制提供了理论和实验依据，为进一步研究重金属对儿童神经毒性的防治措施提供了新思路。