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氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

郑州大学

硕士学位论文

氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

姓名:姜春霞

申请学位级别:硕士

专业:劳动卫生与环境卫生学

指导教师:崔留欣

20040410

郑州大学医学院2004硕士学位论文氟致人鼠生精细胞凋亡投其机制的实验研究氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

研究生导师姜春霞崔留欣

郑州大学医学院环境卫生学教研室

郑州450052

摘要

氟(Fluorine)是一种非金属元素,也是人体必需的一种微量元素。氟具有强大的电负性,以氟化物(Fluoride)的形式广泛存在于自然界中。摄入适量的氟有利于机体预防龋齿、维持钙磷代谢和保持神经冲动传导,而过量的氟化物则对机体产生强烈的毒性作用,能引起机体多系统损害。过去,人们多以氟对骨相组织的损害为研究重点,但近年来,随着氟化物在工农业生产和生活中的广泛应用,氟对机体生殖系统等非骨相组织的毒性作用逐渐被人们所重视。随着研究的深入,人们发现高氟区男性不育率显著高于非高氟区,精子数量和质量明显降低。因此,关于氟致雄性生殖毒性的研究日益受到关注。

生精细胞凋亡可发生于正常生精过程中。在正常生精过程中,由于生殖细胞的减少而丢失的精子数,占精子生成总量理论值的25%~75%。生精过程中,生精细胞凋亡在生殖细胞成熟的特殊阶段被触发以维持细胞数目的平衡,并发生于生精过程的始终。在睾丸生精过程中,曲细精管内大量生殖细胞发生的凋亡对睾丸正常生理调节及某些疾病的发生具有重要意义。但关于氟能否导致生精细胞凋亡以及生精细胞凋亡在氟致雄性生殖损害中的意义的研究,国内外报道却较少。因此,研究氟对生精细胞凋亡的影响可为深入探讨氟的生殖毒性和筛选氟暴露者早期生殖健康监护指标提供科学依据。

材料和方法

1.剂量分组:选用4~5周龄雄性Wistar大鼠30只,体重1lO~1309,随机分为6组,即:对照染毒28d组、低剂量染毒28d组、高剂量染毒28d组、对照染毒38d组、低剂量染毒38d组和高剂量染毒38d组。每组5只动物。对照组、

梦州大学医学院2004硕上学位论文氟致太鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

低剂量组和高剂量组氟化钠的染毒剂量分别为:0、10、20mg/kgBw/2d。

2.染毒方法及检测指标:按上述染毒剂量和染毒时间,各染氟组分别隔日腹腔注射NaF溶液,对照组隔R腹腔注射生理盐水,制作染氟动物模型。各组染毒结束后称重并处死动物,解剖取睾丸、附睾,称重并分别计算脏器系数;采用氟离子选择电极法测定睾丸组织中氟含量;放免分析方法测定血清睾丸酮(T)和雌二醇(E2);观察睾丸的组织病理学变化;采用TdT介导的末端标记法检测凋亡的生精细胞。

3.各项指标的统计学处理:选用单因素方差分析、独立样本t检验和直线相关分析,以a=0.05为显著性检验水准。

结果

1.大鼠体重、睾丸和附睾重量及其脏器系数分析结果:高剂量染毒28d组与同期对照组比较,除右侧睾丸重量和右侧附睾脏器系数外,其他3项指标差异均有统计学意义(P<O.05或P<0.01);高剂量染毒28d组与同期低剂量染毒组比较,右侧睾丸脏器系数降低,差异有统计学意义(尸<o.05):低剂量染毒28d组与同期对照组比较,除右侧睾丸重量和右侧附睾脏器系数外,其他3项指标差异均有统计学意义(P<o.05);低剂量染毒38d组、高剂量染毒38d组分别与同期对照组比较,大鼠体重、睾丸重量和附睾重量降低,差异均有统计学意义(P<O.05或P<O.01):高剂量染毒38d组与高剂量染毒28d组比较,除右侧睾丸脏器系数外,其他4项指标差异均有统计学意义(P<o.05或P<0.01);低剂量染毒38d组与低剂量染毒28d组比较,右侧睾丸重量降低,差异有统计学意义(P<O.05)a说明动物体重、睾丸和附睾重量及其脏器系数与染氟剂量和染氟时间有关。

2.大鼠血清睾酮和雌二醇测定结果:染氟各组大鼠血清睾酮和雌二醇含量分别低于同期对照组,差异有显著性(户<O.05或P<0.01)。各染氟大鼠血清睾酮和雌二醇含量随染氟剂量的增加和染氟时间的延长而逐渐降低(P<0.05或P<0.01)。结果提示,一定剂量的氟化钠能干扰血清睾酮和雌二醇活性,引起雄性大鼠生殖内分泌功能紊乱。

3.大鼠睾丸组织氟含量测定结果:染氟组分别与同期对照组比较睾丸氟含量均升高,差异有统计学意义(P<0.01);高剂量染氟组分别与同期低剂量染氟组比较,睾丸氟含量亦显著性升高,差异有统计学意义(尸<o.0I)。结果提示,

接触一定量的氟化钠能增加睾丸组织氟负荷水平。

4.大鼠睾丸组织病理学检测结果:染氟各组可观察到睾丸生精上皮细胞层次减少,成熟精子数量减少,组织结构变得疏松。且随染氟剂量的加大、时间的延长,氟性损害逐渐加重。提示,一定剂量的氟化钠能损害睾丸的组织结构。

5.大鼠生精细胞凋亡检测结果:染氟各组大鼠总生精细胞凋亡率、精原细胞凋亡率、精母细胞凋亡率以及精子细胞和精子凋亡率分别高于同期对照组,差异有显著性(P<O.01)。各染氟大鼠生精细胞凋亡率随染氟剂量的增加和时间的延长而逐渐升高(P<o.01)。结果提示,一定剂量的氟化钠能引起生精细胞凋亡率的升高。

6.各染氟组大鼠生精细胞凋亡率与睾丸氟含量的关系:各染氟组大鼠总生精细胞凋亡率与睾丸氟含量均呈正相关(低剂量染毒28d组,=0.878,P<O.05:高剂量染毒28d组,=O.931,P<O.05;低剂量染毒38d组,=O.900,P<O.05;高剂量染毒38d组,=0.988,P<O.01)。各染氟组大鼠精原细胞凋亡率与睾丸氟含量均呈正相关(低剂量染毒28d组r=0.948,P<O.05;高剂量染毒28d组r=O.936,P<O.05;低剂量染毒38d组,=O.888,P<O.05;高剂量染毒38d组,=0.943,P<O.05)。各染氟组大鼠精母细胞凋亡率与睾丸氟含量均呈正相关(低剂量染毒28d组r=0.956,P<O.05;高剂量染毒28d组r=O,914,P<O.05=低剂量染毒38d组r=O。989,P<O.01;高剂量染毒38d组r=0。911,P<O.05)。各染氟组大鼠精子细胞和精子凋亡率与睾丸氟含量均呈正相关(低剂量染毒28d组,=O.970,P<O.01;高剂量染毒28d组,一O.975,P<O.01;低剂量染毒38d组r=O.907,P<O.05;高剂量染毒38d组r=0.978,P<O.叭)。

7.各染氟组大鼠血清性激素含量与睾丸氟含量的关系:除高剂量染毒28d组外。其他各染氟组大鼠血清睾酮含量与睾丸氟含量均呈负相关(低剂量染毒28d组,=.0.897,P<O.05;高剂量染毒28d组,=.O.874,P>O.05;低剂量染毒38d组r=.0.886,P<O.05;高剂量染毒38d组,=.0.901,P>O.05)。各染氟组大鼠血清雌二醇含量与睾丸氟含量均呈负相关(低剂量染毒28d组r=-0.989,P<O.01:高剂量染毒28d组r=.O.971,P<O.01;低剂量染毒38d组,=一O.936,P<O.05:高剂量染毒38d组,=一0.989,P<O.01)。

8.各染氟组大鼠总生精细胞凋亡率与血清性激素含量的关系:各染氟组大

鼠总生精细胞凋亡率与血清睾酮含量均呈负相关(低剂量染毒28d组,=.0.977,P<O.01;高剂量染毒28d组r=.0.912,P<O.05;低剂量染毒38d组,=.O.990,P<O.01;高剂量染毒38d组,=.0.950,P<O.05)。除低剂量染毒38d组外,其他各染氟组大鼠总生精细胞凋亡率与血清雌二醇含量均呈负相关(低剂量染毒28d组,=一O.912,P<O.05;高剂量染毒28d组r=一O.990,P<O.01;低剂量染毒38d组r=.O.827,P>O.05;高剂量染毒38d组r=一0.994,P<O.01)。

结论

1.随着染毒剂量的增加和染毒时间的延长,染氟大鼠生精细胞凋亡率逐渐增高,且以精原细胞和精母细胞凋亡为主。

2.染氟大鼠睾丸氟含量升高、血清性激素水平紊乱,是导致生精细胞凋亡的重要原因之一。

3.染氟大鼠血清雄激素和雌激素水平与睾丸氟含量以及生精细胞凋亡率之间相关性较好,可作为氟暴露人群男性生殖健康早期监护指标之一。

关键词:氟氟化钠生精细胞凋亡雄性生殖毒性睾酮雌二醇

—立型生茎兰!登堕!!篓堡圭堂些笙苎塑塾奎堕皇堕塑!堕塑圭墨苎垫型塑窭鉴竺塞ExperimentalStudyonSpermatogenieCellApoptosis

andItsMechanisminMaleRatsExposedtoFluoride

PostgraduateTutorJiangChnnxiaCuiLiuxin

DepartmentofEnvironmentalUygiene,

CollegeofPublicHealth,ZhengzhouUniversity

ZhengzhouChina,450052

Abstract

Fluorine(F)isoneofthenonmetaltraceelememswhichareindispensabletoorganisms.Havingstrongelectronegafive,fluorinewidelyexistsintheenvironmentbyfluoride.Appropriatefluorideisbeneficialtopreventcaries,tomaintainnewetransmission,aswellastosupportcalciumandphosphateofo唱anisms.Andyet.excessiveintakeoffluorideproducespotenttoxicitytosomesystematicalfunctionoforganisms.Inpreviousresearches,importancewasattachedtothedamageofskeletaltissuebyfluorine.Butwithfluoride’sextensiveapplicationinindustry,agriculture,anddailylife,recentresearchespaymoreattentiontothenonskeletaltoxicityoffluorine.Meanwhile,withtheprogressofstudy,itwasfoundthatmaleinfertilityrateinhi曲fluorideexposedareawasgreatlyhigherthanthatoflowfluorideexposedarea,andthatthequalityandquantityofspermallreducedsignificantly.So,studiesOllmalereproductivetoxicityinducedbyfluoridewereattachedn'loreimportancerecently.

Spermatogeniccellapoptosisappearsduringspermatogeniccyclenormally.Duringspermatogenesis,25to75percentoftotalspermatogeniccellstheoreticallyproducedwerelostbyformofapoptosis.Apoptosiscallbetriggeredatspecificstagesofcell’smaturity,andhappensduringthewholespermatogenesistoregulatethebalanceofspermatogeniccelldeathandproliferation,aswellastomediatethe

型型查兰墅兰堕!!竺堡主竺些堡苎量塑查垦皇堕塑塑塑主墨茎!!型塑塞竺堡塞

invarianceofspermatogeniccellbothinqualityandquantity。AlargeproportionofspermatogeniccellsinseminiferoustIlbllleapparentlydegenerateduringspermatogenesis,whichformsapossiblecriticalregulatortotestisboth

andinpathologicalconditions。Astoexperimentalstudiesonphysiologically

spermatogeniccellapoptosisanditsmechanisminducedbyfluoride,fewresearcheswereperformed.So,researchesoneffecttospermatogeniccellapoptosiscausedbyfluoridearevaluablebothinthedeepinvestigationonthemechanismsoffluoride’Smalereproductivetoxiticy,aswellastheearlyindexofmalereproductivehealthinspectionandsurveillanceoffluorideexposureperson,

Materialsandmethods

1.ThirtyhealthymaleWistarratsweighted110to130gramwereallocatedintosixgroupsrandomly.Therewerefiveratsineverygroup.Thesixexperimentalgroupswere28一daycontrolgroup,28一daylow-dosefluoridetreatmentgroup,28-dayhigh.dosefluoridetreatmentgroup,38一daycontrolgroup,38一daylow-dosefluoridetreatmentgroup,and38一dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup.TheNaFdosageforcontrol,low-dosefluorideueatmem,andhigh—dosefuoridetreatmentgroupwere0,10,and20mg/kgBw/2d,respectively.

2.Accordingtotheabove?mentionedexperimentaldoseandduration,everyfluoridetreatmentgroupwassubcutaneouslyinjectedwithNaFsolutiononcetwo

model.Whilethecontrolratswereinjectedwithsaline.daystOestablishfluorosisrat

Attheendoftheexperiment,afterputtingtherattodeathbothtestisandepididymideweredissectedoutandweightedforcalculatingtheirorganiccoefficient.ThecontentofNaFintestiswasmeasuredbyusingfluorineselectiveelectrode.Thetestosterone(T)andestradiol(E2)contentsinserulnwereradioimmunochemicallydetectedto

mechanismsofspermatogeniccellapoptosisanditsrelationtofluorosis.explainthe

Thepathologicalalterationsoftestiswereobservedwithlightmicroscopefortheorder,shape,andstructureofcellsinspermatogenicepithelium.TheapoptotiespermatogeniccellswerequantitativelymeasuredbyTdT—mediateddUTPnickendlabelin(TUNEL)methodinsitu,

3.One.wayanalysisofvariance(ANOVA),independent—samplesTtest,aswell

型大学堕堂堕!!14硕士学位论文氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

aslinearcorrelationanalysiswereusedinthestatisticaltest.ThereWassignificantdifferencewhenowas0.05.

Results

1.Astobodyweight,testisweight,epididymideweightandtheirorganiccoefficient,exceptthetesticularorganiccoefficientandepididymideweight,significantdifferenceswereobservedabouttheotherthreeindexwhen28一dayhigh-dosefluoridetreatmentgroupcomparedtocontrolrats(P<O.05orP<0.01).Thetesticularorganiccoefficientin28一dayhi曲-dosefluoridetreatmentgroupwassignificantlydecreasedcomparedtothatof28-daylow-dosefluoridetreatmentgroup(P<0.05),Exceptthetesticularorganiccoefficientandepididymideweight,significantdifferenceswereobservedabouttheotherthreeindexwhen28-daylow-dosefluoridetreatmentgroupcomparedtocontrolratsfP<O.05).Thebodyweight,testisweight,andepididymideweightof38-daylow—andhigh-dosefluoridetreatmentgroupswereallsignificantlydecreasedcomparedtothoseofcontrolrats,respectively俨<O.05orP<0.01),Excepttesticularorganiccoefficient,significantdifferenceswereobservedabouttheotherfourindexwhen38一dayhigh?dosefluoridetreatmentgroupcomparedto28一dayhigh—dosefluoridetreatmentgroupfP<0.05orP<0.01).Thetestisweightwassignificantlyreducedwhen38一daylow—dosefluoridetreatmentgroupcomparedto28一daylow-dosefluoridetreatmentgroup(P<0.05).It

andtheirorganicsuggestedthatbodyweight,testisweight,epididymideweight

coefficientwereassociatedwithexperimentaldosageandduration.

2.TheTandE2contentsinserumofdifferentfluoridetreatmentgroupswere

thanthoseofcontrolgroups,respectively(P<O.05orP<O.01).Thesignificantlylower

treatmentgroupsweresignificantlyreducedcontentsofTandE2inserumoffluoride

withtheincreasedexperimentaldosageandtheprolongedexperimentalperiodfP<0.05orP<O.01).TheresultssuggestedthatexcessiveNaFcouldaffectactivitiesofTandE2inserum,andinducedysfunctionanddisordertomalereproductiveendocrine.

treatmentgroupsWassignificantly3.Testisfluoridecontentofdifferentfluoride

higherthanthatofcontrolgroupswiththesameexperimentalduration,respectively

塑!!“大学医学院2004硕士学位论文氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

(P<0.01).TestisfluoridecontentoffluoridetreatmentgroupswassignificantlyincreasedwithincreasedexperimentalfluoridedosagerP<O.01).TheresultssuggestedexcessiveNaFintakecouldup-regulatetesticularfluorideload.4.Comparedtocontrolrats,testicularpathologicalalterationsinfluoridetreatmentgroupsshowedthatthenormalfigureandstructLlreofseminiferousepitheliumdisappearedandWaSloosened,thenumberofmaturespermwasreduced,andintraluminaldeciduousspermcellswereobserved.Meanwhile,theabove—mentioneddamagesbecamemoreseriouswiththeincreaSedfluoridetreatmentdosage,aswellasprolongedexperimentalperiod.TheresultsrevealedthatexcessiveNaFcouldcausedamageanddestructiontotesticulartissue.

5.Thetotalapoptoticspermatogeniccellratioalongwiththeapoptoticspermatogoniumratio,theapoptoticspermatocyteratio,theapoptoticspermatozoonandspermratioofdifferentfluoridetreatmentgroupsWaSsignificantlyhigherthanthatofcontrolgroups,respectively(P<0.01).TheapoptoticspermatogeniccellratiooffluoridetreatmentgroupswassignificantlyincreasedastheexperimentaldosageincreaSingandtheexperimentalperiodprolonging(P<0.01).TheresultssuggestedexcessiveNaFcouldcausemorespermatogeniccellsintestistoapoptoticdeath.6.Thetotalapoptoticspermatogeniccellratioofdifferentfluoridetreatment

withtestisfluoridecontentsignificantly,respectivelygroupsWaSpositivelycorrelated

(28一daylow?dosefluoridetreatmentgroup,,=0.878,P<0.05;28一dayhigh-dose

treatmentfluoridetreatmentgroup,,=O.931,P<0.05;38-daylow-dosefluoride

treatmentgroup,,20.988,group,r=0.900,P<0.05;38一dayhigh-dosefluoride

P<0.01).Theapoptoticspermatogoniumratioofdifferentfluoridetreatmentgroupswaspositivelycorrelatedwithtestisfluoridecontentsignificantly,respectively(28-daylow—dosefluoridetreatmentgroup,,20.948,p<O.05;28-dayhigh-dosefluoridetreatmentgroup。,=0.936,P<0.05;38一daylow—dosefluoridetreatment

treatmentgroup,,30.943,group,r=0.888,P<0.05;38?dayhigh-dosefluoride

P<O.05).Theapoptoticspermatocyteratiooffluoridetreatmentgroupswaspositivelycorrelatedwithtestisfluoridecontent,tOO(28一daylow-dosefluoridetreatmentgroup,r=0.956.P<0.05;28-dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup,r。0.914,氏D.05;

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38一daylow—dosefluoridetreatmentgroup,r=0.989,P<0.01;38一dayhigh—dose

fluoridetreatmentgroup,,2O,911,P<0.05).Theapoptoticspermatozoonandspermratiooffluoridetreatmentgroupswasalsopositivelycorrelatedwithtestisfluoridecontentsignificantly,respectively(28?daylow—dosefluoridetreatmentgroup,r=O.970,P<0.01;28一dayhigh-dosefluoridetreatmentgroup,,=O.975,P<O.01;38-day

low—dosefluoridetreatmentgroup,r=O.907,肚O.05;38-dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup,r—O.978,P<0.01).

treatmentgroup,theTcontentinserum7,Exceptthe28一dayhigh—dosefluoride

ofdifferentfluoridetreatmentgroupswasnegativelycorrelatedwithtestisfluoridecontentsignificantly,respectively(28一daylow—dosefluoridetreatmentgroup.r2一O.897,P<0.05;28-dayhigh-dosefluoridetreatmentgroup,r=-0.874,P>O.05;38.daylow—dosefluoridetreatmentgroup,,=一O.886,氏0。05;38-dayhigh-dosefluoridetreatmentgroup,,=?0.901,P<0.05).TheE2contentinserumofdifferentfluoridetreatmentgroupswasnegativelycorrelatedwithtestisfluoridecontentsignificantly,respectivelyf28一daylow—dosefluoridetreatmentgroup,,2—0.989,P<0.们:28一dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup,r2-O.971,P(o.01;38-daylow.dosefluoridetreatmentgroup,,=-0.936,P<0.05;38一dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup,,=一0.989,P<O.01).

8.ThetotalapoptoticspermatogeniccellratioofdifferentfluoridetreatmentgroupsWaSnegativelycorrelatedwithTcontentinserumsignificantly,respectively

treatmentgroup,,=一0.977,P<0.01;28一dayhigh?dosef28.daylow。dosefluoride

treatmentfluoridetreatmentgroup.,=一0.912、P<o.05;38一daylow—dosefluoride

treatmentgroup,,2-0.950,group.r=-0.990.P<0.01;38一dayhigh-dosefluoride

P<0.05).Exceptthe38一daylow-dosefluoridetreatmentgroup,thetotalapoptotic

treatmentgroupsWaSnegativelyspermatogeniccellratioofdifferentfluoride

correlatedwithE2contentinserumsignificantly,respectively(28一daylow-dosefluoridetreatmentgroup.,=?0.912,尸<o.05;28一dayhi啦-dosefluoridetreatment

treatmentgroup,r2-0.912,group,,=一0.990,P<0.01;38一daylow-dosefluoride

P>0.05;38一dayhigh—dosefluoridetreatmentgroup,,2?0.994,P<O.01).

郑州大学医学院2004顶士学位论文氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

Conclusions

1.Theratioofapoptoticspermatogeniccellinfluoridetreatmentgroupsincreaseswithincreasedexperimemaldosageandprolongedexperimentalperiod,especiallythoseofspermatogoniumandspermatocyte.

2.Theincreaseoffluoridelevelintesticulartissueandsexualhormonedisorderinserumareinvolvedinthemediationofspermatogeniecellapoptosisforfluorosis.3.Therearegoodlinearrelationshipsbetweensexualhormonelevelsinserum

andtestisfluoridecontent,aswellasbetweensexualhormonelevelsinserumand

ratio.TheTandE2levelsinserummayhavevalueinapoptoticspermatogeniccell

thefluorosishealthesurveillanceandearlymalereproductivehealthinspectionof

fluorideexposurepeople.

Keywords:fluorinefluoridesodiumspermatogeniccellapoptosis

malereproductivetoxicitytestosteroneestradiol

郑州大学医学院2004硕士学位论文氟致人鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究氟致大鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

研究生导师姜春霞崔留欣

郑州大学医学院环境卫生学教研室

郑州450052

前言

氟(Fluorine)是机体必需的微量元素之一,广泛分布在各组织和器官。其中,骨骼、牙齿等骨相组织含量较多,非骨相组织含量较少【l】。适量的氟有利于维持钙磷代谢、保持神经冲动传导,还有较好的防龋作用,过量的氟化物则损害机体多器官系统[21。有文献报道:由于地理性高氟、氟工业废物的污染及氯化物在临床和生活中应用,全世界约有5亿人接触高氟,氟中毒人数达2亿,中国就占了其中五分之一。从1901年Eager报道了氟化物对人类的毒害作用到20世纪80年代,人们多以氟对牙齿、骨骼等骨相组织的损伤为研究重点【3’…。1976年Waldbott提醒人们;氟中毒是全身性疾患,决不仅限于牙齿和骨骼的损伤,从而提出了非骨相氟中毒(non.skeletalfluorosis)的概念。从此,人们对氟中毒的研究进入了一个新的阶段。近20年来,国内外报道了许多非骨相氟毒性的研究,如:氟对血清中多种酶活性的影响,氟对肝、肾等实质性器官的损害,氟的致突变性,氟对内分泌系统、神经系统、免疫系统功能的影响等15书]。随着研究的深入,人们发现高氟区男性不育率显著高于非高氟区,患者的精子数量和质量明显降低[9】,相关的研究也有许多报道[10 ̄141。因此,氟对雄性生殖系统的影响日益受到重视。

有关氟中毒的机制,近年来在分子水平上对氟诱导的细胞凋亡展开了广泛的研究。结果显示氟可诱导多种细胞发生凋亡。国外学者Hirano采用体外细胞培养的方法先后证实不同浓度的氟可分别导致大鼠肺泡巨噬细胞【l”、骨肉瘤细胞UMRl06株‘81、人白血病细胞HL一60株‘16,171发生凋亡。类似的结果还可见于

经氟诱导的人和大鼠胰岛细胞、RINm5F细胞、肺上皮细胞和HeLa细胞株【博 ̄2。]等。国内学者以体外细胞培养和大体动物实验也发现过量氟可诱导组织细胞凋亡[21~28】。关于生精细胞凋亡,1990年Regand指出,在正常生精过程中由于生殖细胞的减少而丢失的精子数,占精子生成总量理论值的25%一75%。在生精过程中,生精细胞的退化与细胞凋亡有关,它在生殖细胞成熟的特殊阶段被触发以维持细胞数目的平衡,并发生于生精过程的始终㈣301。在睾丸生精过程中,曲细精管内大量生殖细胞发生的凋亡对睾丸正常生理调节及某些疾病的发生具有重要意义。但关于氟能否导致生精细胞凋亡以及生精细胞凋亡在氟致雄性生殖损害中的意义的研究,国内外报道却较少。

本课题选用Wistar大鼠建立氟中毒动物模型。观察一定剂量的氟化钠对大鼠生精细胞凋亡的影响,并通过对睾丸、附睾脏器系数,睾丸氟含量,血清雄激素、雌激素含量,睾丸组织病理学的检测,探讨氟引起生精细胞凋亡的机制和染氟大鼠生殖系统损害与氟病发生发展的关系。

材料和方法

1.实验动物

选用4 ̄5周龄雄性Wistar大鼠30只,体重在110~1309之间,由河南省实验动物中心提供。

2.主要试剂

2.1氟化钠(NaF)优级纯批号20030206北京化工厂

22氯化钾(KCl)分析纯批号20021226北京化工厂

2.3盐酸(HCl)优级纯批号20020813洛阳市化学试剂厂

2.4去离子水批号030615郑州纯水厂

2.5生理盐水批号20030507郑州竹林众生制药厂

2.6磷酸盐缓冲液(PBS)批号ZLI.9062北京中山生物工程有限公司

2.7甲醛分析纯批号033287洛阳化学试剂厂

2.8乙醇分析纯批号031204郑州化学试剂二厂

2.9甲苯分析纯批号030223洛阳化学试剂厂

2.10旺5碘一血清睾酮放射免疫测定试剂盒批号030925北京北免东雅生物技术研究所

2.11125碘.血清雌二醇放射免疫测定试剂盒批号030925北京北免东雅生物技术研究所

2.12原位细胞凋亡检测试剂盒批号030902华美生物工程公司

3.主要仪器及设备

3.1电子天平AYl20型上海精密科学仪器有限公司

3.2电光分析天平JY2002型上海精密科学仪器有限公司

3.3组织匀浆器江苏常熟医用仪器厂

3.4氟离子选择电极PF.1型上海电元器件厂

3。5通用离子计PXD.z型江苏泰县无线电厂

3.6普通光学生物显微镜OLYMPUS.BX50型日本

3.7高压蒸汽灭菌器开封电器厂

3.8理化干燥箱LGl00B型上海实验仪器厂有限公司

3.9医用离心机LDZ4—0.8型北京医用离心机厂

3.10台式大容量冷冻离心机TL一4.5R型上海市离心机械研究所

3.11自动丫免疫计数器TJ一2008G型国营二六二厂

3.12超声波发生器TY88型宁波新芝科器研究所

3.13快速混匀器SK.1型江苏金檀医疗仪器厂

3.14隔水式恒温培养箱GNP一9080型上海精密实验设备有限公司

4.实验方案

4.1动物模型的建立

大鼠经检疫1周,无异常发现后,进行标号、称重,并随机分为6组,每组5只。各组大鼠均用河南省实验动物中心提供的普通全营养颗粒饲料(氟含量2.11±O.75mg/kg,酸浸一氟离子选择电极法)喂养,自由饮用自来水(氟含量0.34±O.05m∥L,氟离子选择电极法>。染氟组和对照组分别隔日腹腔注射NaF溶液和生理盐水(实验分组及处理见表1)[311。各组染毒结束后称重并处死动物,进行各项指标的检测。

表i实验分组及处理

4.2动物体重、睾丸和附睾重量及其脏器系数

各组大鼠染毒结束后,称取动物体重、麻醉、处死动物,取睾丸、附睾后立即称重。计算其脏器系数【32】。

脏器系数(%)=脏器湿重(g)/体重(g)×100%

4.3血清雄激素、雌激素测定

处死大鼠前抽取其下腔静脉血,分离血清,用北京北免东雅生物技术研究

所生产的125碘一睾酮、125碘一雌二醇放射免疫测定试剂盒检测血清中睾酮(Testosterone,T)和雌二醇(Estradiol,E2)含量。具体步骤见表2、3。

表2血清睾酮测定步骤(单位:btl)

充分混匀,任取两管测量,作为总放射性强度T。3500rpm(离心力30009)离心25rain,立即吸去上清液,测各管放射性(cpm,测量时间小少于1min)。

充分混匀,任取两管测量,作为总放射性强度T。3500rpm(离心力30009)离心25mint立即吸去上清液,测各管放射性(cpm,测量时间不少于1min)?

两种激素均采用公式B/Bo=(B-NSB)/(Bo-NSB)×100%计算各标准管、质控和样本的B/Bo,以标准品的B/Bo值为纵坐标,以标准品浓度为横坐标,在Logit—Log坐标纸上绘制标准曲线,根据样品B/Bo值,从标准曲线上查出样品的含量。本课题基于上述原理,采用自动Y计数仪预先编制的程序直接给出有关参数、标准曲线及样品浓度。

4.4睾丸氟的测定

采用酸浸.氟离子选择电极法【3”。

睾丸样本的制备:麻醉后处死大鼠,取出左侧睾丸,剔除表面脂肪组织,恩5ml去离子水冲洗,除去血液。用滤纸拭干后于60"C烤箱中烘烤24h,干燥至

恒重,并称其重量。

总离子强度缓冲液(TIsAB)的配制:取114ml冰醋酸,1169氯化钠,58.89柠檬酸三钠,用去离子水溶解稀释后,再用5mol/LNaOH调pH至5.2~5.7,定容为1000ml。

酸浸:取干燥至恒重的睾丸组织,眼科剪剪碎后,置于组织匀浆器中,加入7ml1N盐酸,充分研磨置备匀浆。然后转移匀浆至离心管中,并用少量离子强度缓冲液冲洗匀浆器,冲洗液也倒入离心管中。将离心管置于60。C水浴锅中水浴6h。取出后离心,小心吸取上清液,并用离子强度缓冲液定容至10ml。再加入5ml去离子水,混匀,备用。

测定:用氟离子选择电极,采用标准加入法,测定氟浓度。

计算:按以下公式计算睾丸氟含量

睾丸氟含量(p.gF'/g睾丸干重)=(C×15×1000)/(M×1000)

c:测定用样液中氟的浓度(I.tg/m1)

M:样品质量(曲

15:样液总体积(m1)

加标回收率测定:在测定各实验组睾丸氟的同时,选取同周龄正常大鼠睾丸组织,加入一定量的优级纯氟化钠,按上述操作步骤进行测定,并计算空白平行样品加标回收率。

4.5睾丸组织病理学镜检

常规HE染色[31,34,351。麻醉处死大鼠后,取出右侧睾丸,以体积分数为10%的中性缓冲甲醛溶液4℃固定48h,较低温度(低于60。C)下浸蜡、包埋。将睾丸常规横切成3-5mm的薄片,固定于预先用O,01%多聚赖氨酸处理的载玻片上。30"C下烤片30min,然后脱蜡、水化:

(1)100%二甲苯15min一(2)100%二甲苯15min一(3)100%--苯15min一(4)100%Zd§'g15min一(5)ioo%z,N15min一(6)95%乙醇15min一(7)95%乙醇15min一(8)80%乙醇15rain(9)75%乙醇15min(10)去离子水5min

f11)PBS溶液3min。

苏木素染色5min,镜下控制盐酸酒精分化,水洗返蓝,伊红染色5min,梯度乙醇脱水(浓度:75%一80%一90%一100%),--甲NNN,中性树胶封片。

型銮兰堕堂堕2004硕L学每论文氟致人鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

干燥后置于光学显微镜下观察生精上皮细胞的层次、形态结构、脱落的细胞及管腔拥塞程度。并在400倍视野下,每张切片上下左右中随机选取5个横截面曲细精管,计数从基底层到管腔中央生精上皮的细胞层数。

4.6生精细胞凋亡的检测

采用TdT介导的末端标记法(TdT-mediateddUTPnickendlabelin,TUNEL>,试剂盒为华美生物工程公司原位细胞凋亡检测试剂盒。石蜡切片的制各及脱蜡水化同HE染色方法,切片染色操作步骤如下:

(1)样品片放入新鲜配制的3%过氧化氢水溶液中,室温10min,双蒸水洗样品片5min/次×3。

(2)用蛋白酶K稀释液稀释蛋白酶K储备液至201.tg/ml,然后按50rtl/片加至脱蜡入水后的样品片上,25~37。C在湿盒中放置10~30min。

(3)双蒸水洗样品片5min/次x3。

(4)样品片上加标记缓冲液,20肛1/片,室温放置15min。

邗)将末端脱氧核糖核酸转移酶(TdT)及Biotin一11-dUTP经离心机离心,再于混匀器上混匀后,分别取2ul加入16I_tl标记缓冲液中,再在混匀器上混匀。(6)甩掉样品片上标记缓冲液,然后加上述己混匀的混合液至样品片上,20卜1/片,37℃于湿盒中标记60min。

(7)PBS洗样品片,3min/次X3。

(8)样品片加封闭液50p.1/)片,室温放置30min,然后甩掉封闭液,勿洗。

f9)以封闭液按1:50配制亲和素辣根过氧化物酶(Avidin-HRP)为工作液:50p1/片加于样品片上,37℃湿盒反应60min。

f101PBS洗样品片,3min/次X3。

(11)将DAB稀释液融化后混匀并按1:50的比例稀释DAB浓缩液配制成DAB显色液。50¨1/片加于样品片上,显微镜下控制显色。

f121PBS洗样品片终止显色。

(131苏木素复染。

(141常规封片、镜检。

光镜下凋亡细胞核特异性染色呈棕色,胞浆为浅棕色,非凋亡细胞为浅紫色。400倍镜下,随机选取5个横截面曲细精管计数凋亡细胞,计算总生精细胞

郑州大学医学院2004硕十学位论文氟致火鼠生精细胞凋亡及其机制的实验研究

凋亡率(个/曲细精管):每张切片再随机选取5个视野计数500个细胞中的凋亡细胞数,计算总生精细胞凋亡率(+/500个细胞):计数精原细胞、精母细胞及精子细胞和精子各500个中的凋亡细胞数,分别计算其凋亡率(个/500个细胞)136,371。

4.7统计学处理

参照文献酬方法及步骤处理资料。各组数据以i士s表示,首先用SPSSl2.0软件进行正态检验和方差齐性检验。同期各组间比较采用方差分析(A-NOVA法)。相同染氟剂量不同染氟时间组之间的比较采用独立样本t检验(Independent.samplesTTest)。各染氟组生精细胞凋亡率、性激素含量分别与睾丸氟含量作直线相关分析,各染氟组生精细胞凋亡率与性激素含量之间作直线相关分析。取Ⅱ=O.05为显著性检验水准。

结果

染毒期间,各组大鼠活动良好,被毛光泽。反应活跃,染氟组大鼠体重增

长缓慢。各染氟组与对照组大鼠的体重随染毒时间延长均呈正增长(P值均小于0.01)。

1.动物体重、睾丸和附睾重量及其脏器系数

染毒结束后,大鼠体重、睾丸和附睾重量及其脏器系数见表4、图1—5。

表4各组大鼠体重、右侧睾丸和右侧附睾重量及其脏器系数比较(i±s)

右侧睾丸右侧附睾组染毒动物体右侧右侧

脏器系数时间数重睾丸附睾脏器系数

型业堡!塑!竺叟!坐!一旦L———j翌一对照纽(A)28529990:1:441663±021043±005063+021o15+o02

低剂量组(B)28525610:1:1493‘l44±1130.37±002“0.72+007”014+0ol

高剂量组(c)28525081土2362’146±0230.36±002”0.45±003”‘o15+o叭

!堡竺:竺:.!竺!竺!———竺坠一

16+O∞

对照组(D)38534668±2186188士0160.54±007055+007o

6㈣lo’046a:0.05”0.58+-007o1“o02

低剂量组(E138528987±2670“1

高剂量组(F)38528605±2418“6l52士o07“酏0.45-+005帖o54±o05017+002n三篁::竺坚!:.:!!竺o_——』兰一注:+与同期对照组比较P<O05,¨弓同期对照组比较P<OOI:

?与同期低剂量组比较P<O05,“与矧期低剂量组比较P<O01;

一与同剂量染毒28d组比较P<O05,出与同剂量染毒28d组比较P<OOl

400

350

300

—250

恻200

蛙150

100

50

时间(d)

图1各组大鼠体重比较

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