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上海生科院发现重金属镉的毒性效应及作用机制

上海生科院发现重金属镉的毒性效应及作用机制

  9月12日、16日,国际学术期刊Environmental Health Perspectives Toxicology and Applied Pharmacology 分别在线发表了中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所王慧研究组题为Gender-dependent effects of cadmium exposure in early life on gut microbiota and fat accumulation in mice Systematic network assessment of the carcinogenic activities of cadmium 的两篇论文,分别从生命早期镉暴露干扰肠道菌群稳态促进小鼠体脂累积和镉致癌活性分子网络的角度对重金属镉的毒性效应及作用机制进行了研究。

  镉是导致我国土壤和水源严重污染的重金属,近年来“镉大米”食品安全事件时有发生。世界卫生组织(WHO)将镉列为重点研究的食品污染物,国际癌症研究机构(IARC)将镉认定为I类致癌物。

  镉化学性质稳定,属金属类内分泌干扰物,进入人体后形成镉硫蛋白,在人体的软组织和各个脏器如肾、肝、膀胱、胃和胰腺中蓄积。体内极少量的镉可通过肾脏由尿液排出,镉在人体中的半衰期长达1030年,其毒性伴随年龄增长而显著升高,是已知最易蓄积的毒物之一。镉通过水源和食物进入体内,产生肾脏和肝脏毒性,导致骨软化钙流失,严重时发生“痛痛病”。此外镉可穿透胎盘屏障在胎儿体内蓄积,在出生后通过乳汁、食物、吸入等方式进入体内,是典型的生命早期环境有害因素。与成人相比,婴幼儿胃肠道幸运28对镉的吸收能力更强,也更易造成损伤。因此考察生命早期镉暴露,尤其是长期低剂量食源性镉暴露,对健康风险的影响具有重要的科学意义和社会价值。

  王慧组副研究员巴乾等通过建立生命早期低剂量镉暴露小鼠模型发现,生命早期起始的低浓度长期镉暴露能够显著增加雄性小鼠成年后的体脂含量,促进肝脏脂代谢进程及脂肪积累。深入研究发现,低浓度镉暴露干扰了小鼠肠道菌群的稳态,且其发生时间早于体脂增加,提示肠道菌群紊乱可能是小鼠体脂累积的促进因素。菌群移植实验结果发现,接受镉暴露小鼠肠道菌群移植的受体小鼠表现出更高的体脂含量,从而进一步证实了肠道菌群在介导生命早期镉暴露诱发小鼠脂肪积累方面的关键作用。该研究不仅阐明了生命早期低剂量镉暴露对机体成年后脂代谢紊乱的诱导作用,暗示镉可能参与促进生命中后期慢性疾病的发生,并且发现了肠道菌群与镉所致代谢毒性的关系,为进一步研发降低镉的健康危害的潜在干预策略提供科学依据。

  在另一项研究中,王慧组副研究员陈培战等利用生物信息学方法考察了镉暴露所诱导的细胞内与肿瘤发生发展相关的分子信号通路的系统性改变。该研究发现镉暴露导致细胞内包括雌激素受体ER、RAS、PI3K-Akt、NF-κB、HIF-1α、Jak-STAT以及TGF-β等60余个重要癌基因信号通路异常激活,参与了镉暴露所诱导的乳腺癌、结直肠癌和前列腺癌等癌症的发生过程。该研究从系统生物学角度整体阐释了镉暴露的致癌毒性及其分子信号网络,为基于毒性通路扰动的镉的安全性评价策略和全面解析镉的不良结局路径提供了参考。

  这两项研究得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院等项目经费的支幸运28持。