硫化氫對甲基汞毒性的影響

李志強, 韓俊艷, 郭宇俊, 何 丹,李柏楊, 武井昕, 陶 紅, 王何媛

(沈陽大學 城市有害生物治理與生態安全遼寧省重點實驗室, 遼寧 沈陽 110044)

甲基汞是一種重要的環境污染物,能溶于水,易在魚體中蓄積,人通過食用魚攝入甲基汞,可導致水俁病,對神經系統與肝臟等造成傷害.世界八大公害事件之一的水俁事件就是甲基汞中毒的典型事例[1].張鴻齡等[2]發現汞是渾河水體重金屬污染的第二主要成分,僅次于鎘和銅,汞對巰基的破壞在甲基汞的毒理機制中起重要作用[3-4],汞與巰基的親和力極高,使汞在人體內積蓄不易排出;同時,巰基是人體內很多重要分子的活性中心,汞與巰基的結合會破壞這些分子的生物活性,導致蛋白質的生物合成及核酸生物合成的下降、重要酶活性抑制、氧化-還原系統的失衡、線粒體的損傷及細胞凋亡,最終導致組織的損傷[5].宋思琪等[6]發現汞暴露通過影響酶活性體現出毒性效應.

汞對巰基的破壞對其毒性起重要作用,那么為機體提供巰基是否可能抑制甲基汞對機體的損傷？硫化氫(H2S)是一種小分子含巰基化合物,近幾十年來,硫化氫被發現具有重要的生物活性,是一種生理保護性分子,外源性的硫化氫具有多種保護作用[7-8].而且在化學實驗中,硫化氫與甲基汞能直接反應生成硫化汞,硫化汞難溶,毒性較低[9].

本研究的目的是研究硫化氫對甲基汞毒性是否具有拮抗作用.由于硫化氫氣體不適合直接使用,無機硫化氫供體硫氫化鈉和硫化鈉在體內可轉化為硫化氫,可在動物試驗中作為硫化氫使用[10].本研究中使用硫化氫供體硫氫化鈉 (NaHS),以氯化甲基汞給小白鼠灌胃,然后給予硫氫化鈉,測定小白鼠腦、肝組織汞質量分數變化,并觀察其肝、腦組織病理變化,以判定硫氫化鈉是否對小白鼠體內甲基汞毒性有改善作用.從而為硫化氫對甲基汞毒性的拮抗作用提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

儀器:原子吸收分光光度計、切片機、電熱板.

試劑:氯化甲基汞、硫氫化鈉、乙醇、鹽酸羥胺、硼氫化鈉、氫氧化鈉、甲醛、二甲苯等,均為分析純.

1.2 實驗動物

潔凈級小白鼠(沈陽醫學院實驗動物中心提供)32只,體重20～25 g之間,雌雄各半.實驗期間小白鼠飼養在專用的塑料鼠籠中,室溫(22±2) ℃.

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗動物分組與給藥

正式開始實驗前適應性飼養小白鼠1周,自由進食與飲水,將其隨機分為4組(空白對照組、染毒組、2個硫氫化鈉處理組),每組8只小白鼠.氯化甲基汞用體積分數10%乙醇溶液溶解[11],染毒組給予0.5 mg·kg-1氯化甲基汞溶液灌胃,染毒量為每20 g 體重給予0.2 mL.空白對照組給予等體積的體積分數10%的乙醇.2個硫氫化鈉處理組給予0.5 mg·kg-1氯化甲基汞溶液,1 h后分別給予5 mg·kg-1與1 mg·kg-1硫氫化鈉溶液,灌胃給藥持續2周.

1.3.2 實驗動物指標測定

末次灌胃給藥24 h后解剖取肝和腦組織,取左側腦、部分肝臟組織冷凍待消解,使用冷原子吸收法測定腦組織的總汞質量分數[12];取右側腦與部分肝組織固定于體積分數40%甲醛溶液中,制作肝、腦組織病理切片,染色方法為蘇木-伊紅染色法,觀察肝組織及腦組織(皮層)的病理變化.

1.4 統計分析

2 結果與討論

2.1 實驗動物一般情況

各組小白鼠的飲食和攝水量沒有明顯的差別.染毒組小白鼠嗜睡,活動減少,毛發色澤暗淡并伴有脫落現象,硫氫化鈉處理組有所改善.小白鼠體重如表1所示,染毒組小白鼠體重雖有下降但無顯著性差異,其他各組小白鼠體重也無顯著性差異.

表1 實驗小白鼠體重Table 1 Weight of experimental mice g

注: 字母不同代表差異顯著(p<0.05),字母相同代表差異不顯著(p>0.05).

2.2 硫氫化鈉對組織汞質量分數的影響

小白鼠肝組織汞質量分數結果見圖1.與空白組小白鼠比較,染毒組小白鼠肝組織汞質量分數顯著上升,給藥處理2周后,與染毒組小白鼠相比,2個硫氫化鈉處理組肝組織汞質量分數均有不同程度降低,5 mg·kg-1硫氫化鈉處理組肝組織汞質量分數與染毒組差異顯著(p<0.05),1 mg·kg-1硫氫化鈉處理組肝組織汞質量分數與染毒組差異不顯著(p>0.05).

圖1 硫氫化鈉對小白鼠肝組織汞質量分數的影響

注: 字母代表指標差異顯著性,字母不同代表差異顯著(p<0.05),字母相同代表差異不顯著(p>0.05).

小鼠腦組織汞質量分數測定結果如圖2所示.給藥處理2周后,與空白組小白鼠比較,染毒組小白鼠腦組織汞質量分數顯著上升.與染毒組小白鼠相比,2個硫氫化鈉處理組腦組織汞質量分數均不同程度降低,5 mg·kg-1硫氫化鈉處理組腦組織汞質量分數與與染毒組差異顯著(p<0.05),1 mg·kg-1硫氫化鈉處理組腦組織汞質量分數與染毒組差異不顯著(p>0.05).

注: 字母代表指標差異顯著性,字母不同代表差異顯著(p<0.05),字母相同代表差異不顯著(p>0.05).

2.3 硫氫化鈉對組織病理學影響

在對小組小白鼠肝組織的病理研究中,空白組小白鼠細胞形態飽滿,肝小葉結構完整,肝索放射狀脈絡排列清晰,染毒組小白鼠肝臟組織出現壞死,匯管區有明顯充血,肝索排列不規則,細胞空泡化增多,表明甲基汞造成肝組織損傷.1 mg·kg-1硫氫化鈉處理組小白鼠切片顯示肝臟損傷略有好轉,5 mg·kg-1硫氫化鈉處理組修復作用明顯,細胞形態較正常,肝索脈絡較為清晰,空泡化減輕,表明硫氫化鈉對甲基汞致肝臟損傷有一定修復作用(代表性切片如圖3所示).

在小白鼠腦組織病理學研究中(典型切片如圖4所示),空白對照組的腦皮層組織細胞形態完整,染毒組小白鼠腦皮層組織有局灶性壞死現象,細胞核濃縮或消失,表明甲基汞可引起腦組織損傷.5 mg·kg-1硫氫化鈉處理組修復作用明顯,細胞形態較正常,壞死灶較少見,表明5 mg·kg-1硫氫化鈉對甲基汞致腦損傷有一定修復作用,1 mg·kg-1硫氫化鈉處理組修復作用不明顯.

圖4 各組小白鼠腦組織病理學觀察結果Fig.4 Histopathological observation of brain tissue in each group of mice

近年來很多研究發現硫化氫具有組織保護作用[13].外源性硫化氫供體可能提高血管組織抗氧化應激的能力[14],可以通過抑制自由基反應和氧化應激延緩衰老[15].Yoshida等[16]報道了催化硫化氫生成的胱硫醚β-合成酶(CBS)對甲基汞染毒的SH-SY5Y細胞有保護作用,CBS過表達可降低甲基汞的細胞毒性,而通過小RNA干擾CBS表達可以增強甲基汞的毒性,間接說明了硫化氫具有保護作用;硫化雙甲基汞((MeHg)2S)是甲基汞在SH-SY5Y細胞中與大鼠肝臟中的代謝產物,是由內源性硫化氫與甲基汞作用的產物,(MeHg)2S毒性小于甲基汞,也證明硫化氫減輕了甲基汞的毒性[17].本實驗中肝腎組織病理變化可能因可能通過影響酶活性提高組織自我修復能力而減輕組織損傷,有待進一步實驗驗證.

3 結 論

本研究中甲基汞暴露小鼠肝、腦組織汞質量分數升高,并發生明顯病理變化.硫氫化鈉干預可使肝腦組織汞質量分數降低,同時肝腦組織病變有明顯改善,表明硫氫化鈉對甲基汞的毒性有改善作用.硫氫化鈉所提供硫化氫可能在胃腸道與汞結合生成難容汞鹽而促進機體排汞,使機體組織汞質量分數降低,減輕甲基汞對機體的毒性作用;另一部分機體吸收硫化氫可能通過改變機體抗氧化酶活性從而改善甲基汞毒性作用,但有待進一步進行實驗驗證.肝腎組織病理變化可能因汞在胃腸排出而減輕對小鼠的組織損傷如何利用硫化氫供體拮抗甲基汞的毒性這一結果,在食品安全中減少甲基汞對人類的危害還有待深入研究.