当前位置: 首页 > 期刊 > 《卫生研究》 > 2000年第3期
编号:10260822
镉对大鼠睾丸生精细胞凋亡的影响及锌的保护作用
http://www.100md.com 《卫生研究》 2000年第3期
     作者:李积胜 易建华 汪超 徐鹏霄 姚班

    单位:易建华(西安医科大学公共卫生学院);李积胜 汪超 徐鹏霄 姚班(武警医学院神经研究室,天津 300162)

    关键词:镉;锌;生精细胞;细胞凋亡

    卫生研究000303 摘要:为探讨镉对睾丸结构和功能损害及锌对其保护作用的分子机制,研究镉对生精细胞凋亡的影响和锌的保护作用,选用2月龄Wistar雄性大鼠24只,均分为染镉组、镉加锌组和对照组,分别自腹腔注射氯化镉(2mg/kgBW),注射氯化镉同时及其前后2h各注射醋酸锌一次和等量生理盐水,7d后采用原位缺口平移技术(INST)检测各组睾丸生精细胞凋亡数目的变化。结果显示与对照组相比,染镉组大鼠睾丸生精细胞凋亡数目明显增多(P<0.01,t=3.87);镉加锌组睾丸生精细胞凋亡数目无明显变化(P>0.05,t=1.34)。染镉后大鼠睾丸生精细胞凋亡明显增加,锌对镉所诱导的生精细胞凋亡有保护作用,这些变化可能是镉损害睾丸结构和功能以及锌对其起保护作用的分子机制之一。
, 百拇医药
    中图分类号:Q581 Q343.34 文献标识码:A

    文章编号:1000-8020(2000)03-0135-03

    Effect of cadmium on apoptosis of spermatogenic cells of

    rat testis and the protection effect of zinc against it

    Li Jisheng, Yi Jianhua, Wang Chao, Xu Pengxiao,et al.

    (Department of Neurobiology, Chinese People's Armed Police Force Medical College, Tianjin 300162,China)
, 百拇医药
    Abstract:To study the effect of cadmium on the apoptosis of spermatogenic cells of rat testis and the protective effect of zinc against it. 24 Wistar male rats were divided into 3 groups (cadmium, cadmium and zinc, and contral rats). Rats were injected with low-dose CdCl2(2mg/kgBW),zinc acetate(ZnAc,15mg/kgBW) before and after injected with low-dose CdCl2 and ZnAc(50mg/kgBW). The contral rats were injected with same-dose of 0.9%NaCl.After 7 days, the apoptosis of spermatogenic cells was studied with in situ nick translation(ISNT) technique. Compared with contral group, the number of apoptosis spermategenic cells was obviously increased in cadmium group(P<0.01,t=3.87), but it was not significantly different in cadmium and zinc rats. Cadmium treatment could accelerate testis apoptosis. Zinc could provent it.
, 百拇医药
    Key words:cadmium,zinc,spermatogenic cell,apoptosis

    重金属镉(cadmium,Cd)是工业迅速发展地区中的一种蓄积时间长、存在范围广的环境污染因素,对人的生殖功能有潜在危害[1]。微量元素锌能对抗镉对生殖功能的损害,对睾丸的结构和功能有保护作用。但关于其影响和保护机制目前尚不清楚。睾丸是一种具有高度增殖能力的器官,在产生精子过程中会发生大量的生精细胞凋亡。现已确认,生精细胞凋亡明显受睾丸酮水平变化的影响,而镉污染可导致血浆睾丸酮和睾丸锌水平的降低[2,3],缺锌能导致生精细胞凋亡数目明显增加[4],推测染镉可能会诱发睾丸生精细胞凋亡。鉴此,本研究观察了染镉及其补锌对大鼠生精细胞凋亡的影响,旨在为探讨镉对生殖功能的影响和锌的保护作用机制提供实验依据。

    1 材料和方法

, 百拇医药     1.1 动物分组和用药

    选用健康2月龄Wistar雄性大鼠24只,180~200g,均分为染镉组、镉加锌组和对照组3组,其中染镉组用0.1%氯化镉(2mg/kgBW)腹腔内一次注射;镉加锌组预先注射1%醋酸锌(15mg/kgBW),2h后注射氯化镉(剂量同上)和醋酸锌(50mg/kgBW),再间隔2h注射1%醋酸锌15mg/kgBW,详见文献[5],7d后进行下列实验。

    1.2 样品制备

    3组大鼠在相同条件下麻醉,开胸,经心脏灌注生理盐水150 ml,再用500ml含4%多聚甲醛磷酸盐缓冲液灌注固定。取右侧睾丸入上述固定液后固定6小时(4℃),再移入含20%蔗糖的磷酸盐缓冲液中至沉底(4℃)。冰冻切片机冠状位切片,片厚30μm,贴于涂有铬明胶的载玻片上,37℃烘箱烘烤过夜,行细胞凋亡的原位缺口平移(ISNT)标记。

    1.3 睾丸凋亡细胞的原位缺口平移标记
, http://www.100md.com
    1.3.1 切片预处理 ①0.1mol/L Tris HCl(TBS,pH8.0)缓冲液漂洗3次,每次5min;②25%冰醋酸处理10min;③0.1mol/L TBS缓冲液漂洗3次,每次5min;④10 mg/L蛋白酶K(0.1mol/L TBS/0.02mol/L CaCl2)37℃处理30min;⑤4%多聚甲醛固定5min;⑥0.1mol/L TBS缓冲液漂洗2次,每次5min;⑦重蒸水漂洗3次,每次5min;⑧切片在空气中凉干。

    1.3.2 切片在下列缺口平移混合液中37℃保湿1h。缺口平移混合液为:0.05mol/L TBS,0.05mol/L MgCl2,10g/L乙酰化BSA,0.2X地高辛DNA标记混合液(Boehringer Mannheim),0.2U/L DNA聚合酶Ⅰ(Klenow片段);切片在0.01mol/L TBS/0.02mol/L EDTA缓冲液漂洗10min终止反应。

, http://www.100md.com     1.3.3 组织化学方法 ①0.05mol/L PBS(pH7.2)漂洗5min×3次;②1%BSA37℃保温30min;③碱性磷酸酶标记抗地高辛抗体Fab片段(Boehringer Mannheim)1∶1 000稀释(稀释液1%BSA,0.4%Triton X-100和0.5mol/L PBS pH7.2),室温4h;④0.05mol/L PBS(pH7.2)冲洗5min×4次;⑤TSM1冲洗3min×1次;⑥TSM2冲洗5min×2次。⑦氯化硝基四氮唑蓝(NBT)和5溴-4-氯-3-吲哚基-磷酸二钠盐(BCIP)显色液中,25℃显色10min左右;⑧0.05 mol/L PBS冲洗5min×2次,以终止显色反应。

    1.3.4 阴性对照实验 对照实验中缺口平移混合液中不加DNA聚合酶I(Klenow片段),其它步骤与阳性实验相同。

    1.4 凋亡细胞计数
, 百拇医药
    每组选择24张相同断面的切片,光镜下在每张切片上随机计数每10个曲细精管生精细胞中精子的数目。

    1.5 统计方法

    实验数据用t检验进行统计学处理。

    2 结果

    2.1 睾丸生精细胞凋亡的分布

    在ISNT标记的睾丸组织切片上,对照组曲细精管的断面上,生精细胞呈圆形,依其发育程度不同,从基膜到腔面作多层排列。在曲细精管间的间质细胞和精原细胞层内偶可见到凋亡细胞的分布(图1);染镉组睾丸内除间质和各级生精细胞内发生大量细胞凋亡外,睾丸组织结构也发生萎缩性退化(图2);镉加锌组睾丸生精细胞的凋亡数目减少,且主要分布于精原细胞层内(图3),与对照组相似,实验设立的阴性对照组无显色反应。
, http://www.100md.com
    图1 对照组大鼠睾丸细胞凋亡少,仅见于精原细胞层 ISNT 标记(×200)

    图2 染镉睾丸精原细胞和间质细胞凋亡

    明显增多 ISNT 标记(×200)

    图3 镉加锌组大鼠睾丸精原细胞和间质

    细胞凋亡明显减少 ISNT 标记(×200)

    2.2 睾丸细胞凋亡的形态计量

    3组睾丸切片经计量分析发现,对照组、染镉组、镉+锌组细胞凋亡数目分别为:11.4±3.4、28.7±6.9、16.6±4.8。染镉组睾丸生精细胞凋亡数目与对照组相比有极显著性差异(t=3.87,P<0.01),镉加锌组睾丸生精细胞凋亡数目与对照组无明显差别(t=1.34,P>0.05)。
, 百拇医药
    3 讨论

    3.1 镉对睾丸生精细胞凋亡的影响

    睾丸中生精细胞的自发退化是通过细胞凋亡而实现。生精细胞的凋亡是一个受基因和激素等调控的生理现象,但在病理情况下,生精细胞的凋亡也可被环境中的有害刺激所诱发。Woolveridge等发现,用Lerdig细胞毒物EDS(ethane dimethane sulfonate)注射使睾丸间质细胞丧失,通过形态学、凝胶电泳和原位末端标记法观察到生精细胞凋亡的特性,如核内染色体聚集,特征的DNA“梯形”分布等,表明毒物诱导的睾丸细胞发生凋亡[3]。可见,睾丸酮水平降低是诱发生精细胞凋亡的重要原因。小剂量镉可选择性地损伤睾丸,可使大鼠血清睾丸酮水平明显降低,至第7d时达最低值[5]。体外实验也证明,镉对睾丸间质细胞睾丸酮的合成和分泌功能有损害作用[6]。本实验应用分子生物学中DNA探针标记的ISNT技术,在睾丸组织切片的原位观察到,小剂量镉腹腔注射7d后,睾丸曲细精管内各级生精细胞凋亡数目明显增多。该结果为进一步探讨镉对生殖功能影响的分子机制提供了一定的实验依据。
, http://www.100md.com
    3.2 锌对镉诱导生精细胞凋亡的保护作用及其机制

    锌是机体必需的微量元素,与生殖系统的发育、功能及其细胞凋亡的调控密切相关[6,7]。睾丸组织对锌有强烈的依赖性[6],缺锌时睾丸内蛋白、脂质及核酸的氧化损伤增强,DNA应变能力降低,正常精子染色体结构易遭到明显破坏,同时由于睾丸3β-羟类固醇脱氢酶活性降低,造成睾酮合成障碍,均可导致睾丸生精细胞发生凋亡[4]。另外,锌通过对一系列锌指蛋白活性的调节,在睾丸酮的作用和生精细胞发生凋亡过程中起重要作用[6,7]。凋亡易感基因(sensitive to apoptosis gene,SAG)在人和动物的睾丸内均有高水平的表达,SAG上含有113个氨基酸序列组成的锌指蛋白RING结合位点,在适量锌存在下,可抗自由基等多种因素诱发的睾丸细胞凋亡[7]。已有研究表明[2],重金属镉对睾丸组织有较强的亲合性,通过血睾屏障后可与睾丸结构内的锌发生同源互换,竞争性抑制锌与睾丸组织的结合,对睾丸结构和功能产生一系列直接或间接的影响;同样,补锌后睾丸的镉浓度明显减少,对睾丸的结构和功能起了良好的保护作用[2],本实验进一步证明,在注射镉的同时及其前后2h分3次注射锌,能明显拮抗镉诱导的生精细胞凋亡。因此,本研究在分子水平上阐明锌对镉损伤睾丸结构和功能的保护作用及其机制提供了一定的实验依据。
, http://www.100md.com
    基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.39870689)

    参考文献

    1,King LM, Bands WA,George WJ. Differences in cadmium transport to the testis, epidiolymis, and brain in cadmium-sensitive and -resistant murine strains 129/J and A/J. J Pharmacol Exp Ther,1999,289(2):825—830

    2,King LM, Anderson MB, Sikka SC, et al. Murine strain differences and the effects of zinc on cadmium concentrations in tissues after acute cadmium exposure. Arch Toxicol,1998,72(10):650—655
, 百拇医药
    3,Woolveridge I, de Boer B M, Taylor MF, et al. Apoptosis in the rat spermatogenic epithelium following androgen withdrawal:changes in apoptosis-related genes. Biol Reprod,1999,60(2):461—470

    4,李积胜,徐鹏霄,贺智.缺锌对大鼠睾丸生精细胞凋亡的影响. 中华医学杂志,1998,78(2):91—93

    5,Saksena S, White MJ, Mertzlufft J, et al. Pervention of cadmium induced sterility by zinc in the male rat. Contraception, 1983,27(5):521—524

    6,Moilanen AM, Karvonen U, Poukka H, et al. A testis-specific androgen receptor coregulator that belongs to a novel family of nuclear proteins. J Biol Chem,1999,274(6):3700—3704

    7,Duan H, Wang Y, Aviram M, et al. SAG, a novel zinc ring finger protein that protects cells from apoptosis induced by redox agents. Gen Comp Endocrinol,1999,113(2):187—196

    (1999-12-06收稿), 百拇医药