3-氯-1,2-丙二醇通过生物节律诱导肾细胞线粒体损伤

作     者：王子毅 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关爽

授予年度：2024年

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 100403[医学-营养与食品卫生学] 10[医学] 

主      题：3-氯-1,2-丙二醇 肾细胞 生物节律 线粒体损伤 BMAL1 

摘      要：3-氯-1,2-丙二醇(3-chloro-1,2-propanediol,3-MCPD)是一种由热加工产生的污染物,存在于人造黄油、酱油和婴儿配方奶粉等多种食品中。3-MCPD会引发器官损伤、衰竭和癌变,肾脏和睾丸是3-MCPD的靶器官。生物节律是生物体为适应外部环境的昼夜变化而进化而来的内在变化节律,通过调节机体代谢平衡、营养摄取等多种生理功能,使生物体能够适应不断变化的环境,维持机体健康。生物节律紊乱会导致各种疾病,如失眠、高血压、慢性肾病,甚至癌症。线粒体是负责能量产生和细胞代谢的细胞器。线粒体损伤会导致ATP耗竭,大量活性氧释放,引起细胞死亡,严重时甚至导致器官衰竭。研究表明3-MCPD暴露诱导的肾毒性与线粒体损伤有关。本研究利用C57BL/6J小鼠和NRK-52E细胞构建了3-MCPD暴露模型,探究3-MCPD通过扰乱生物节律诱导肾细胞线粒体损伤的作用及其机制。主要研究内容如下: (1)研究3-MCPD暴露对C57BL/6J小鼠肾细胞生物节律和线粒体的影响。通过苏木精和伊红染色法染色观察小鼠肾脏细胞,按时间点检测小鼠血清中肌酸、尿素氮和肌酐含量,比较小鼠肾重比,结果表明3-MCPD暴露诱导小鼠肾损伤;通过检测节律相关蛋白BMAL1、LOCK的表达水平,结果表明3-MCPD暴露显著下调BMAL1,CLOCK蛋白表达扰乱生物节律;采用试剂盒检测小鼠血清中ROS的含量,通过检测线粒体损伤相关蛋白VDAC1,线粒体自噬蛋白PINK1和Parkin的表达水平,利用组织免疫荧光染色检测VDAC1,结果表明3-MCPD暴露诱导线粒体损伤。综上可证3-MCPD暴露扰乱C57BL/6J小鼠肾细胞生物节律并诱导线粒体损伤。 (2)研究3-MCPD暴露对NRK-52E细胞生物节律和线粒体的影响。通过MTT实验,选择出合适浓度的3-MCPD用于后续实验;体外检测3-MCPD对生物节律的影响,用Western Blot检测节律相关蛋白,发现3-MCPD暴露在体外显著下调BMAL1,CLOCK蛋白表达扰乱生物节律;利用细胞免疫荧光染色检测BMAL1,结果发现3-MCPD暴露显著降低了BMAL1的表达;检测线粒体损伤蛋白,结果发现3-MCPD暴露在体外显著抑制VDAC1蛋白表达,增加了线粒体自噬蛋白的表达,一般来说,线粒体自噬的增加表明线粒体受到损伤;利用ROS试剂盒检测ROS含量,JC-1线粒体膜电位荧光探针检测MMP,然后发现3-MCPD暴露导致ROS含量上升和MMP受损。综上可证3-MCPD暴露扰乱NRK-52E细胞生物节律并诱导线粒体损伤。 (3)研究3-MCPD暴露对节律蛋白BMAL1和SIRT3/SOD2通路蛋白的影响并探究它们之间关系。检测BMAL1和SIRT3/SOD2通路蛋白,发现3-MCPD影响BMAL1和SIRT3/SOD2通路蛋白表达,得出BMAL1和SIRT3/SOD2通路蛋白可能与3-MCPD暴露诱导的线粒体损伤有关。过表达BMAL1后,检测生物节律蛋白BMAL1,CLOCK,SIRT3/SOD2通路蛋白以及线粒体损伤相关蛋白VDAC1等,发现过表达后的NRK-52E细胞SIRT3/SOD2通路蛋白表达和线粒体损伤得到修复。综上可证3-MCPD暴露通过干扰生物节律基因BMAL扰乱SIRT3/SOD2通路并最终导致线粒体损伤。 综上所述,3-MCPD暴露能在体内体外显著扰乱生物节律,诱导NRK-52E细胞和C57BL/6J小鼠肾细胞线粒体损伤。在NRK-52E细胞中证实核心节律蛋白BMAL1和SIRT3/SOD2通路与3-MCPD暴露诱导的线粒体损伤有关。3-MCPD通过调控BMAL1干扰SIRT3/SOD2通路诱导肾细胞线粒体损伤。