J Hazard Mater | 贵州绿植基地本科大学倪学勤销售团队阐述长年氟展现造成房间记性受伤的氧分子缘由

氟化物是一种公认的环境污染物，在全球范围内广泛存在，我国长期存在饮水型、燃煤型及饮茶型等不同类型的高氟暴露现象，是遭受氟威胁最严重、地区分布最广泛的国家之一。虽然适量的氟对机体牙齿、骨骼的钙化、神经兴奋的传导和酶系统的代谢均有促进作用，但大量的研究表明高氟暴露可严重危害机体健康，包括诱发氟中毒，氟骨病等，还会对肾脏、肝脏、心血管、免疫系统、中枢神经系统等组织均有不同程度的损害作用。值得注意的是，氟化物引起的脑损伤导致中枢神经系统受损的报道先于牙齿病变，研究发现，氟化物暴露可损害神经中枢并诱导记忆功能障碍，且脑功能损伤及其潜在机制可能因氟化物剂量而异。然而氟化物诱发脑功能障碍的机制仍不明确。

研究成果

2023年5月7日，四川农业大学动物医学院倪学勤教授团队在国际环境领域知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表题为“Prolonged Fluoride Exposure Induces Spatial-memory Deficit and Hippocampal Dysfunction by Inhibiting Small Heat Shock Protein 22 in Mice”的研究论文。该研究揭示了长期高氟饮水可导致小鼠线粒体结构和功能受损，调控线粒体结构和功能的蛋白Hsp22通过介导PGC-1α-TFAM和NF-κβ-STAT3这两个关键信号通路参与高氟所致空间记忆损伤的重要潜在机制。该成果进一步提示了长期生活于高氟暴露地区人民的潜在健康隐患。

 

结果

01  长期接触氟化物导致小鼠空间记忆缺陷及认知功能障碍

关键在于，深入分析专业团体构筑氟暴晒小鼠模型工具：4周龄小鼠决定含25ppm（低标准容量组）或50ppm（高标准容量组）NaF的含氟可饮生活饮用水，不断地56周至中国老年期（图1A）。代入Morris水迷宫做實驗操作的时候（Morris water maze, MWM）探究了慢性型氟化物暴晒对的自我认同功能性的影响力，精确定位试航實驗操作和空間探究實驗操作结论表现，氟暴晒组小鼠的抗拒替伏期比较明显添加，在能够领域环境（原app所以领域环境）驶过等待时光比较明显大大减少，提示卡了长久的沾染氟化物影响小鼠空間记性异常现象，的自我认同专业学习功能减退，且挫伤数量与氟暴晒中有着标准容量依赖症关系的（图1）。  

图1 长时刻使用氟化物引致小鼠个人空间背诵问题   为钻研氟外露有没会在长时间前促使小鼠记忆力英语法障碍，钻研者不同享有8周龄和48周龄小鼠含氟（50ppm）可饮用自来水，间断12周（图2A,B）。MWM结论显现，长时间氟外露组小鼠穿线原的平台时长及拖延替伏期和相较比较组小鼠相对来说无凸显分别（图2C,D），中枢神经元的功能键维系至关极为重要的的功能键什么是基因BDNF和CREB球蛋白表现平行也无凸显变化无常（图2E,F）。这么多结论的提示了氟化物外露在长时间前不用造成的记忆力英语法障碍，造成的高氟造成的三维空间记忆力英语法挫裂伤是源于于长时间外露。  

图2 短时氟化物曝光并不会带来小鼠记忆训练疵点  

02 长期氟暴露诱导小鼠海马损伤及线粒体结构和功能障碍

接下去来，的研究精英团队探究性长耗时氟爆漏对小鼠海马的作用，出现 氟爆漏组小鼠的脂肪率、脑重，及及高摄入量氟爆漏组（F-High）小鼠的脑体均值均比较突出底于比较组小鼠（图3A），氟爆漏影响的方面的问题发生变化关键在海马CA3和CA1区，的表现为精神末梢元转化特殊多，F-High组小鼠精神末梢元使用量比较突出影响（图3D）。氟爆漏组小鼠海马中BDNF和CREB的mRNA和血清层次特殊越来越低（图3B,C,E）。这一些结局报错了长远了解氟化物诱导性海马板材损害。  

图3 常期氟爆出诱惑海马软组织损伤和遗忘相关的蛋白质降低   然后，学习开发团队进每一步探索了氟表露对海马运动精神系统自激自激振荡和运动精神系统元瑜伽动作电极电位差分发的影向。根据对小鼠海马CA1运动精神系统元完成受到损伤细胞外记下，找到氟表露诱因整体场电极电位差（local field potential, LFP）光谱仪电功率不同，LFP更为看不出降，同时theta, alpha, beta和gamma频段自激自激振荡的下降（图4B）。前者，氟表露组小鼠的海马运动精神系统元蓄电池放电看不出降，诱骗LTP的本事受到损伤（图4C,D）。上文最终结果均呈药量信任性（图4）。  

图4 长久的氟爆漏变了海马周围神经元蓄电池充电   电子散射电镜（TEM）探究表明，氟裸漏组小鼠海马线粒体机构异样，脑神经元凋亡（图5A），线粒体膜电势差（mitochondrial membrane potential,MMP）和ATP含量的呈标准容量忽略性越来越低（图5B,C）。凭借对海马线粒体呼气链和好体研究分析表明，氟裸漏产生线粒体微生物发生的收到控制，呼气链和好体I/II/III/V活力比较明显减少（图5D-G）。  

图5 长年氟暴晒介导海马脑神经元线粒体技能问题  

03  长期氟暴露抑制Hsp22的表达及其介导的PGC-1α/ TFAM和NF-κβ/STAT3信号通路

由此可见以上报告，探究的团队进每一步探究了介导这样影向的隐藏的调低因素。指明方向氧分子微生态学技术应用找到，长日期氟显示组小鼠中Hsp22和ATF4的形容为为特殊调低（图6A,B）。Hsp22受损和ATF4高形容限制了线粒体的性能，Hsp22可进行PGC-1α-TFAM和NF-κβ-STAT3这5个要素移动无线的数字信号灯无线的数字信号灯无线的数字信号环路介输电线粒体的性能。PGC-1α-TFAM移动无线的数字信号灯无线的数字信号灯无线的数字信号环路推动线粒体微生物学有，NF-κβ-STAT3移动无线的数字信号灯无线的数字信号灯无线的数字信号环路升高线粒体口呼吸链酶的特异性。由此可见此，原作者探究这两种移动无线的数字信号灯无线的数字信号灯无线的数字信号环路找到，氟显示导致PGC-1α-TFAM和NF-κβ-STAT3移动无线的数字信号灯无线的数字信号灯无线的数字信号环路被限制，PGC-1α蛋清酶程度调低，高极量氟显示组TFAM蛋清酶程度亦为为特殊调低（图6C-E）。还有，细胞系和线粒体中STAT3的蛋清酶程度各组间无为为特殊差别，线粒体中p-S727 STAT3（被Hsp22激活码并易位到线粒体的负效应蛋清酶）形容程度呈氟显示极量依赖于性调低（图6E,F）。  

图6 长时间氟裸露促使海马Hsp22的展现举例介导的线粒体改善环路

04  Hsp22通过介导PGC-1α-TFAM和NF-κβ-STAT3信号通路双向调控长期氟暴露诱发的空间记忆缺陷

为探究Hsp22是否参与氟暴露诱导的小鼠记忆缺陷，研究者在小鼠海马区注射pAAV-hSyn-EGFP-P2A-Hspb8–3xFLAG-WPRE病毒，以特异性在海马神经元中过表达Hsp22（图7A-C）。MWM结果显示，过表达Hsp22（F + pAAV-Hsp22）可显著逆转由氟化物暴露引起的逃避潜伏期增加和穿越原平台次数减少的现象（图7D,E）。这提示了Hsp22过表达改善了长时间氟暴露诱发的空间记忆缺陷。

 

图7 海马神经系统元过表达爱Hsp22可可以改善暂时氟暴露自己引发的记性弊病   进一个步骤探究感觉，Hsp22过展现解决氟外露造成的的突触发展性变形软组织损伤（图8A-C），及及瓦解了线粒体生物学发生了遭受到抑制作用的前提，回复线粒体感受不到链复合型体I/II/V抗逆性，提高网站ATP总体水平增大，解决线粒体工作认知障碍（图8D-E）。  

图8 海马神经系统元过描述Hsp22使用介导PGC-1α-TFAM和STAT3数据信号环路瓦解暂时氟泄露介导的线粒体作用认知障碍  

最后，研究者在小鼠海马区下调Hsp22的表达进一步验证其在氟化物诱导记忆缺陷中的作用，将pAAV-U6-shRNA(Hspb8)-CMV-EGFP-WPRE注射小鼠海马以下调Hsp22的表达（图9A-C）。MWM结果显示，氟暴露组小鼠海马下调Hsp22表达（F+Hsp22 shRNA）后，加重了小鼠空间记忆损伤，表现为更明显延长的逃避潜伏期（图9D-E）。

 

图9 Hsp22受损减弱了长远氟暴露自己引起的回忆偏差   利用自身原子生态学体学技术设备和电人体生理备案展示，Hsp22异常对一切正常小鼠线粒体作用都没有作用，但会加重了氟外露造成的海马突触可延展性断裂及线粒体生态学体突发（图10）。   笔者认为，这样的大数据报错了海马感觉脑神经元中Hsp22加入氟暴晒分析的小鼠记录偏差考核机制，其经过介导PGC-1α-TFAM和NF-κβ-STAT3数据信号灯通道双相国家宏观调控长久的氟暴晒造成的区域记录偏差，海马感觉脑神经元中高展现Hsp22可经过成功激活数据信号灯通道提高网站线粒体生物学发现和线粒体透气结合物几丁质酶的加强有效改善氟化物伴发的区域记录偏差；而上升Hsp22的展现经过减弱线粒体性能频发高氟引起的社会认知学习能力上升。  

图10 Hsp22缺少急剧了太久氟显示诱导型的线粒体基本功能困难

 

结论

本文借助分子生物学技术、行为学范式、病毒载体介导的基因功能获得/丢失、电生理记录等手段揭示了长期氟暴露对小鼠空间记忆的影响及其机制。研究发现，长期低剂量高氟饮水可致小鼠空间记忆障碍，海马线粒体结构和功能受损，且调控线粒体结构和功能的蛋白Hsp22表达受到抑制。通过AAV介导的活体特异性调控海马Hsp22表达，证实Hsp22下调介导的PGC-1α/ TFAM-mtDNA信号轴以及NF-κβ/STAT3-线粒体酶活性信号轴的抑制是氟所致空间记忆损伤的重要潜在机制。该成果为长期氟暴露导致的中枢神经系统损伤提供了理论支持，并进一步揭示了长期生活于高氟暴露地区人民的潜在健康隐患。

 

四川农业大学动物医学院博士辛金鸽为论文第一作者，倪学勤教授为通讯作者。电子科技大学生命科学与技术学院徐鹏教授为论文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金及四川省自然科学基金的支持。

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  阅读答案连接：//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389423008786