氯化鎘對小鼠肝脾系數(shù)及病理組織學變化影響的研究

張玉媛， 羋靜， 魯靜

鎘是一種應用廣泛的有毒重金屬元素，它有多種暴露途徑，如職業(yè)性暴露、生活性暴露(飲水、吸煙、食物)等[1]，這種環(huán)境污染物在生物體內的半衰期超過了20年[2]，一旦進入機體，鎘能夠在體內很多器官蓄積進而發(fā)揮其毒性損傷作用，如神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等[3]。肝臟是機體新陳代謝的重要器官，也是這種環(huán)境污染物的主要靶器官，鎘能夠對肝臟造成毒性損傷[4],但是肝毒性機制至今都還沒有分析透徹，仍需繼續(xù)進行實驗研究[5]。脾是與造血、免疫功能調節(jié)相關的器官，也是鎘毒作用的主要靶器官之一，鎘能夠引起胸腺萎縮和脾腫大，進而損傷免疫系統(tǒng)[6-7]，其損傷機制可能與金屬硫蛋白、炎癥等有關，有待于進一步探討[8]。

本實驗采用腹腔連續(xù)注射染毒方式，通過對成年小鼠連續(xù)染毒14 d，觀察不同劑量的CdCl2(0.5、1.0、2.0 mg/kg)對成年小鼠的影響，通過臟器系數(shù)的改變觀察氯化鎘暴露對小鼠肝臟和脾臟的影響，通過病理學檢查觀察小鼠肝臟和脾臟的病理學變化，同時通過對血清中CAT、GSH的檢測了解實驗動物氧化應激水平，通過氯化鎘對小鼠肝臟、脾臟的變化和氧化應激水平的改變，初步探討氯化鎘對小鼠肝脾毒性及作用機制，為進一步研究提供思路和方向。

1 材料與方法

1.1 主要試劑 氯化鎘(CdCl2)分析純購自國藥集團化學試劑有限公司，本實驗所用試劑盒(過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽(GSH))均購自南京建成生物工程研究所。

1.2 實驗動物 SPF級ICR小鼠24只，體質量24～26 g，雌雄各半，購自常州卡文斯實驗動物有限公司，動物合格證號：SCXK(蘇)2011-0003，實驗前適應性喂養(yǎng)1周[標準飼料喂養(yǎng)，正常飲食，每天循環(huán)8:00起照明12 h, 20:00起黑暗12 h，溫度20～25 ℃，濕度(50±5)%]。本實驗遵循“NIH實驗用動物管理和使用指南”，禁止虐待實驗動物，所有操作程序按照蚌埠醫(yī)學院動物倫理委員會相關要求進行。

1.3 實驗動物處理及分組 24只實驗動物按照隨機數(shù)字表法分為4組，每組6只，分別是氯化鎘染毒組和對照組，CdCl2溶解于0.9%的生理鹽水中，4組分別是CdCl20.5、1.0、2.0 mg/kg和NS對照組。實驗動物每天稱量后經腹腔注射(10 mL/kg)相應劑量的CdCl2。

1.4 體質量及臟器質量 每次實驗動物處理前均嚴格稱量體質量，分別在染毒14 d后取材，實驗動物頸椎脫臼處死后冰上取出肝臟和脾臟稱量計算肝臟和脾臟系數(shù)。臟器系數(shù)=臟器質量(g)×100/體質量(g)。

1.5 血清中CAT及GSH檢測 末次染毒后小鼠經眼球采血，全血室溫靜置1 h后經4 000 r/min、離心10 min，收集上清后進行相關指標的測定。實驗操作流程嚴格遵循試劑盒要求進行，其中GSH含量的測定采用分光光度法，CAT活力的測定采用可見光法。

1.6 組織病理學檢查 末次染毒后，取部分肝臟和脾臟稱重后置于4%多聚甲醛固定48 h后，常規(guī)脫水進行石蠟包埋、連續(xù)切、展片、脫蠟、HE染色，Olympus DP73熒光顯微鏡鏡下觀察。

2 結果

2.1 各組小鼠體質量比較 染毒期間實驗動物染毒部位無明顯炎癥性反應，實驗組小鼠無死亡現(xiàn)象，但實驗中發(fā)現(xiàn)，CdCl22.0 mg/kg組小鼠活動度稍低，精神較萎靡，體質量增長緩慢，連續(xù)染毒14 d后，各處理組體質量增加程度不同(F=4.096，P<0.05)，CdCl22.0 mg/kg組增加(0.23±1.1)g，低于NS對照組(1.7±0.7)g和CdCl20.5 mg/kg組(1.7±0.9)g。

2.2 各組小鼠肝臟的比較

2.2.1 各組小鼠肝臟系數(shù)比較 經觀察發(fā)現(xiàn)，暴露14 d后，各暴露組肝臟系數(shù)均顯著增加，高于對照組，但各暴露組間比較差異無統(tǒng)計學意義。見表1。

表1 氯化鎘對小鼠肝臟系數(shù)的影響

2.2.2 各組小鼠肝臟組織形態(tài)的光鏡觀察 鎘暴露組小鼠肝臟腫大，經HE染色后鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，各組肝小葉均結構清晰，肝細胞索排列規(guī)整，但是鎘暴露能夠引起部分肝細胞壞死、炎細胞浸潤、肝細胞脂肪變性。CdCl22.0 mg/kg組鏡下白色箭頭所指處可見小灶性肝細胞壞死伴炎細胞浸潤，同時可見肝小葉內點狀壞死(黑色箭頭)，高倍鏡下，可見肝細胞有不同程度的水腫(白虛圈)，部分肝細胞核稍大(白圈)，同時部分肝細胞內有脂肪變性(黑圈)。見圖1。

1A CdCl2 2.0 mg/kg(HE染色×200) 1B CdCl2 2.0 mg/kg(HE染色×400)

2.3 各組小鼠脾臟的比較

2.3.1 各組小鼠脾臟系數(shù)比較 鎘暴露組脾臟明顯增大、水腫、臟器增重明顯，CdCl20.5 mg/kg、1.0 mg/kg和2.0 mg/kg組脾臟系數(shù)均高于對照組，同時2.0 mg/kg組高于0.5 mg/kg組。見表2。

表2 氯化鎘對小鼠脾臟系數(shù)的影響

2.3.2 各組小鼠脾臟組織形態(tài)的光鏡觀察 各鎘暴露組小鼠脾臟均明顯增重，脾臟出現(xiàn)不同程度的代償性增生，以CdCl22.0 mg/kg組脾臟增重最為明顯。鏡下檢查發(fā)現(xiàn)，生理鹽水對照組小鼠脾臟紅髓、白髓邊界清楚，淋巴細胞排列緊密；2.0 mg/kg劑量組巨核細胞增大、數(shù)量增多。組織形態(tài)學變化如圖2所示。

2A CdCl2 2.0 mg/kg(HE染色×200) 2B CdCl2 2.0 mg/kg(HE染色×400)

2.4 各組小鼠血清GSH及CAT水平比較 與對照組比較，2.0 mg/kg組GSH和CAT水平均下降(P<0.05)；與0.5 mg/kg組比較，2.0 mg/kg組CAT表達水平下降(P<0.05)。見表3。

表3 氯化鎘對小鼠血清中GSH、CAT的影響

3 討論

鎘是一種重要的環(huán)境污染物之一，其暴露途徑廣泛，既有職業(yè)性暴露，也有生活性的接觸，這種重金屬進入機體后可引起機體多個部位和臟器發(fā)生損傷，鎘暴露是人群不良健康結局的一個危險因素[1]。本次實驗通過連續(xù)性氯化鎘腹腔注射染毒14 d，觀察不同劑量氯化鎘對小鼠肝臟和脾臟系數(shù)的影響，同時觀察其對小鼠肝脾的病理學改變，通過檢測血清中抗氧化酶GSH和CAT的活性了解機體氧化應激水平。

結果顯示，實驗小鼠在染毒前、染毒14 d體質量均無顯著差別，但是也發(fā)現(xiàn)CdCl22.0 mg/kg組小鼠精神狀態(tài)較差，活動度減少，同時各組在染毒期間體質量增加程度不同，CdCl22.0 mg/kg組體質量增加低于NS對照組和CdCl20.5 mg/kg組，這些現(xiàn)象提示鎘對機體的正常的生命活動產生了一定的影響[9]。

實驗動物在染毒后肝臟、脾臟的臟器系數(shù)有了一定的改變，但是改變的程度不同。臟器系數(shù)能夠反映化學毒物對臟器的毒害作用，臟器系數(shù)的改變可以間接指示機體的損傷情況，機體在正常時臟器系數(shù)比較穩(wěn)定，因此，觀察實驗動物臟器系數(shù)的改變可以觀察外源性化學物對機體的損傷程度[10]。肝臟對于化學毒物具有很強的結合能力，也是鎘毒作用的靶器官之一，本實驗劑量下，暴露組小鼠肝臟在染毒14 d后變大、水腫，肝臟系數(shù)高于對照組，結合肝臟HE鏡下觀察，肝臟組織中發(fā)生細胞壞死、炎癥反應、水腫甚至脂肪變性，提示本實驗劑量下持續(xù)性鎘暴露對小鼠造成肝臟損傷，肝臟質量增加，出現(xiàn)肝細胞炎癥、壞死等損傷表現(xiàn)，有文獻指出，肝臟持續(xù)的的炎癥反應可以造成肝臟的慢性炎癥性改變，繼而加重肝臟組織的損傷[11]。目前關于鎘誘導肝損傷機制包括了氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡等等，但是其確切的損傷機制仍有待于進一步探討和研究[5]。

免疫系統(tǒng)具有重要的防御能力，脾臟是重要的外周免疫器官，是免疫系統(tǒng)中不可缺少的一部分。本實驗選用小鼠的脾臟作為觀察對象，實驗結果發(fā)現(xiàn)，染毒小鼠脾臟發(fā)生水腫、增生肥大等一系列的反應，各染毒組脾臟系數(shù)均顯著增高，這些結果提示氯化鎘暴露對小鼠的脾臟有一定的毒性損傷作用。脾臟是與造血、免疫功能調節(jié)相關的器官，也是鎘毒作用的靶器官之一[6]，脾臟的結構和脾臟系數(shù)的變化反映了機體的免疫功能[12]，也是衡量機體免疫功能的一個初步指標[13]。正常情況下，骨髓以外的組織出生后不再參與造血，但是在某些病理狀態(tài)下，譬如當小鼠骨髓造血機能損傷后，脾臟可代償性髓外造血，并造成器官的相應腫大，所以通過脾臟系數(shù)的變化可間接了解小鼠的造血能力[14-15]，在本實驗中，各暴露組脾臟系數(shù)顯著高于對照組，這說明在本實驗劑量下，鎘可致小鼠脾質量顯著增加，誘發(fā)小鼠脾臟腫大；同時病理檢查也發(fā)現(xiàn)各染毒組脾臟出現(xiàn)不同程度代償性病變，這些現(xiàn)象提示在本實驗劑量下，氯化鎘對小鼠脾臟產生了一定的影響。

實驗數(shù)據(jù)提示鎘暴露組抗氧化體系如GSH和CAT的表達有一定水平的下降，GSH和CAT主要發(fā)揮抗氧化作用[16]，鎘的毒性損傷與氧化損傷有關[17]，本實驗結果提示鎘能夠影響機體氧化還原平衡，打破了機體氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡，細胞內源性抗氧化應激能力下降，造成機體的毒性損傷。

綜上所述，鎘損傷了肝臟和脾臟的基本結構和功能，其對肝臟和脾臟等臟器的損傷可能通過多種途徑，譬如氧化應激、炎癥反應等，本研究內容比較膚淺，至于這種環(huán)境污染物引起臟器損傷的分子機制及其相關作用關系還有待于進一步探討。