锰(Mn)作为机体必需的微量元素之一[1],在体内可参与许多生物化学反应[2],但是过量锰进入体内则会引起锰中毒,产生神经毒性。近年来,有报道谷氨酸(Glu)异常代谢所引起的兴奋性毒性可能是锰中毒发生、发展的重要环节[3]。胍丁胺(Agm)是一种新型的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂[4]。尼莫地平(Nim)是一种经典的钙离子通道阻断剂,已经投入临床使用[5]。本研究通过观察胍丁胺和尼莫地平对锰引起的脑纹状体谷氨酰胺合成酶(GS)、磷酸激活的谷氨酰胺酶(PAG)、脑皮质Na+-K+-ATP酶、Ca+-ATP酶活性的影响,为探讨锰所致的兴奋性毒性提供依据。
1 材料与方法 1.1 动物分组及染毒Wistar大鼠32只(中国医科大学实验动物中心),体重(180±10) g,雌雄各半。正式实验前饲养7 d,然后按体重随机分成4组,每组8只。第1组为对照组,腹腔注射0.9%的氯化钠;第2组为单纯染锰组,腹腔注射0.9%的氯化钠;第3,4组为预处理干预组,分别腹腔注射21.9 μmol/kg的胍丁胺和2.4 mmol/kg的尼莫地平,腹腔注射2 h后,第1组皮下注射0.9%的氯化钠,第2~4组皮下注射200 μmol/kg的氯化锰,连续干预并染锰4周。
1.2 样品采集及指标测定最后一次染毒后24 h,各组大鼠用乙醚麻醉后处死,断头并迅速开颅取完整的大脑,冰浴下切取脑纹状体和皮质。制成相应的5%匀浆液。GS的活性测定按文献[6]进行;PAG的活性测定按文献[7]进行;ATP酶活性测定采用硫酸亚铁钼磷蓝定磷法[8];蛋白含量测定用Lowrry法[9]。
1.3 统计分析采用SPSS 13.0软件进行分析。采用单因素方差分析进行组间差异的显著性检验,2组间比较用Q检验(SNK)。
2 结果 2.1 不同组别大鼠大脑纹状体GS和PAG活性(表 1)| 表 1 各组大鼠脑纹状体GS、PAG活性(x ± s) |
给予大鼠染毒4周后,大脑纹状体GS和PAG的活性与对照组比较,单纯染锰组纹状体GS活性明显降低(P<0.01) ,PAG活性明显升高(P<0.01) :与单纯染锰组相比,胍丁胺和尼莫地平预处理干预组纹状体GS的活性明显升高(P<0.01) ,PAG的活性明显降低(P<0.01) 。
2.2 不同组别大鼠大脑皮质Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶活性(表 2)| 表 2 各组大鼠脑皮质Na+-K+-ATP酶、Ca+-ATP酶测定(x ± s) |
给予大鼠染毒4周后,大脑皮质中Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶活性与对照组比较,单纯染锰组大脑皮质Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶的活性明显降低(P<0.01) ;与染锰组相比,胍丁胺和尼莫地平预处理干预组Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶的活性明显上升(P<0.01) 。
3 讨论Glu是大脑中主要的兴奋性神经递质,在星形胶质细胞中Glu可在GS的作用下转变成Gln。Gln再回转至神经元内,在PAG的作用下生成Glu,形成Glu-Gln循环。锰中毒可使Glu大量释放并堆积[10],还可以抑制GluT活性,导致Glu重摄入障碍[11, 12],破坏Glu-Gln循环。过量的Glu使突触后膜上NMDA受体过度激活,使配体门控钙通道开放,造成钙超载,引起细胞毒性[13]。本实验中GS和PAG主要反映Glu-Gln循环改变情况。而Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶的活性可反映钙超载的程度。大鼠连续染毒4周后,与对照组比较,染锰组大鼠脑纹状体中GS活性下降,PAG活性升高,P<0.01。皮质中Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性均降低,P<0.01。表明锰可影响Glu-Gln循环,造成Glu代谢紊乱,产生钙超载,这可能是锰引起兴奋性毒性的原因之一。
胍丁胺是NMDA受体拮抗剂具有神经元保护作用[14]。尼莫地平是一种钙离子通道阻滞剂[15]。本实验通过预先给予大鼠胍丁胺和尼莫地平2种干预物质后再染锰发现,在2个干预组中大鼠脑纹状体GS活性升高,PAG活性下降,P<0.01。大脑皮质Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性升高,P<0.01。表明胍丁胺可能通过拮抗NMDA受体的过度激活,保护神经元。尼莫地平可阻断NMDA受体偶联的Ca2+通道,改善钙超载。因此,胍丁胺和尼莫地平对锰所致的兴奋性神经毒性具有一定的保护作用。
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2008, Vol. 24

, 徐斌, 冯雪英, 王飞, 关坤 
