目的:锰(manganese,Mn)是人体必需微量元素。它参与多种酶的组成、可作为酶的激活剂,同时调节机体多个生理生化反应过程,维持细胞内外、乃至机体内外环境的稳态,促进生命体的健康与活动。过量的锰可穿透血脑屏障并在大脑多个区域蓄积,引起相应区域神经元产生退行性病变,导致“锰中毒”。锰中毒引起的认知功能障碍主要表现为学习与记忆能力减退,并与大脑海马体功能紊乱密切相关,但锰引起海马依赖性学习与记忆障碍的机制尚未完全阐明。氧化应激被认为是锰致认知障碍的潜在作用机制,Mn使大量活性氧(ROS)生成,破坏细胞结构,最终造成组织不可逆的氧化损伤。研究表明,突触较神经元胞体而言,对锰的毒性作用更为敏感。因此,突触损伤对锰诱导的神经退行性病变具有重要意义。突触囊泡是突触前结构中重要的细胞器,越来越多的证据表明,一旦突触被指定破坏时,突触囊泡也会迅速被破坏,突触囊泡的损伤甚至会出现在突触变性、丢失之前,所以基于突触囊泡水平的研究具有重要意义。在神经细胞中,Rab26蛋白与突触囊泡簇具有特异性联系且仅定位于功能受损的突触囊泡,这为我们筛选并发现损伤的突触囊泡提供了新的途径。N-乙酰半胱氨酸(N-Acetyl-L-cysteine,NAC)是有效的抗氧化剂,在临床上已广泛用于治疗神经退行性疾病以及其他神经或精神类疾病,且对大部分疾病产生了积极的影响。本研究通过观察小鼠神经行为学改变,检测小鼠突触、突触囊泡损伤情况和神经细胞氧化损伤情况,评价NAC对锰致小鼠海马神经元突触囊泡损伤的保护作用,为NAC对锰诱导的神经毒性的保护作用研究提供新的依据。研究方法:本研究选用10周龄的野生型C57BL/6小鼠40只,雌性与雄性数量各半,饲养温度为24±2℃,湿度为30-40%,适时更换垫料并通风换气、补足鼠粮与饮水,小鼠在鼠笼内自由活动,自主摄食饮水。在饲养一周后,将小鼠按体重随机分为4组。对照组:腹腔注射生理盐水、背部皮下注射生理盐水;锰染毒组:腹腔注射Mn Cl_2溶液100μmol/kg、背部皮下注射生理盐水;NAC对照组:腹腔注射生理盐水、背部皮下注射NAC溶液100 mg/kg;NAC干预组:背部皮下注射NAC溶液100 mg/kg,1 h之后,腹腔注射Mn Cl_2溶液100μmol/kg。注Erastin NMR射容量均为5 ml/kg。每周一至周五进行Mn Cl_2染毒与NAC预处理,持续6 w后,进行以下检测:采用旷场实验、水迷宫实验和跳台实验来评估小鼠的神经行为学变化;锰含量检测评估小鼠海马体内的锰蓄积情况;利用流式细胞仪分析神经细胞早期凋亡率、神经细胞ROS水平;采用尼氏染色技术对神经细胞受损情况进行评估;使用高尔基染色技术观察神经元树突棘的数量变化;透射电镜下观察神经元突触的超微结构;利用蛋白免疫印迹技术检测PSD-95、SYN 1,SYT 1、SYP、Rab26蛋白的表达情况;免疫荧光技术检测SYP蛋白和Rab26蛋白的共定位水平;检测神经细胞GSH和MDA水平。结果:在100μmol/kg氯化锰溶液连续6周的暴露下,小鼠神经行为学表现异常,出现了自主活动能力下降和学习与记忆功能障碍。氧化损伤水平检测结果显示,经锰染毒处理后,ROS和MDA水平明显上升,GSH水平显著下降;而在NAC对照组中,ROS和MDA水平有所降低,而GSH水平则有所提高;与锰染毒组比较,NAC干预组ROS和MDA水平降低,GSH水平升高;这表明锰诱导氧化应激,造成脂质氧化损伤,而NAC使细胞GSH水平升高,缓解了锰诱导的脂质氧化损伤。与对照组比较,锰染毒组海马体锰含量和细胞凋亡率明显升高,海马CA1区部分神经细胞皱缩,体积缩小,存活神经元数量下降,树突棘数量显著减少。透射电镜结果显示锰染毒组突触后致密物质厚度减少,突触前囊泡数量明显增加,经100 mg/kg NAC溶液连续6周的预处理后,与锰染毒组相比,NAC干预组神经细胞凋亡率下降、存活神经元数量增多和树突棘数量升高,同时,突触后致密获悉更多物质厚度较锰染毒组增厚,突触囊泡异常聚集情况缓解,突触囊泡数量减少;Western blot结果显示,锰染毒组突触相关蛋白PSD-95和SYN 1表达水平降低,NAC干预组PSD-95和SYN 1表达水平较锰染毒组升高;锰染毒组突触囊泡相关蛋白SYT 1、SYP和蛋白Rab26表达水平升高,NAC干预组SYT 1、SYP和Rab26表达水平较锰染毒组降低。免疫荧光结果显示,锰染毒组SYP蛋白和Rab26蛋白共定位面积升高,NAC干预组SYP蛋白和Rab26蛋白共定位面积较锰染oncology prognosis毒组降低;这些结果表明,锰暴露导致神经细胞、神经元突触损伤,使受损的突触囊泡大量累积,突触囊泡损伤加重;NAC缓解了锰所致神经细胞、神经元突触和突触囊泡损伤。结论:锰诱导过量的ROS生成引起氧化损伤,同时导致海马神经元受损的突触囊泡累积,使突触囊泡损伤、突触损伤。NAC可能通过抗氧化作用缓解锰诱导的突触囊泡损伤,减轻锰的神经毒性。