细胞化学元素范文

细胞化学元素范文第1篇

    本节内容主要包括组成细胞的元素,组成细胞的化合物,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。其教学目标为:简述组成细胞的主要元素,说出构成细胞的最基本元素是碳;认同生命的物质性;尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,探讨细胞中主要化合物的种类。其中教学重点是组成细胞的主要元素和化合物,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质;教学难点为构成细胞的最基本元素是碳,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

    与原来教材相比,新教材中“细胞中的元素和化合物”一节的内容存在一些重要变化:一是研究对象的范围发生了变化,原来研究的是组成生物体的化学元素和化合物,现在改为细胞中的元素和化合物;二是“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验有所改进,不再是单纯的验证性实验,而是在实验材料和方法上为学生提供了探究空间;三是教材编写有利于引导学生积极思考,通过“问题探讨”“思考与讨论”和“实验”等栏目,让学生在实验与观察、讨论与分析中获取新知识,而不是直接提供结论性的知识信息。教材首先通过“问题探讨”,让学生通过比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量,让学生自主发现问题、提出问题,并与学生交流和讨论。“问题探讨”栏目意在激发学生从元素水平探究细胞奥秘的好奇心,并且培养学生提出问题的能力。为了帮助学生比较分析,教材正文起始部分交代了组成细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到,同时,细胞与非生物相比,各种元素的相对含量却大不相同,进而引导学生了解组成细胞的元素和化合物的种类。不同生物体内细胞形态、结构和功能不同,就是同一个多细胞生物体内,其细胞种类也是多种多样,其化学成分也不尽相同。教科书以人体细胞为例,以饼形图的形式,介绍了组成人体细胞的主要元素占细胞干重和鲜重的百分比,并提出问题引导学生思考:在细胞干重中,碳元素的含量达到55.99%,表明碳元素是构成细胞的基本元素,这对生命有什么意义呢?为本章后续3节内容的学习提供一个引子,为最后得出“生物大分子以碳链为骨架”打下一个伏笔。“检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质”的实验则是在原教材实验的基础之上加以改进,让学生在实验探究中体悟同种生物组织中有机物的种类,以及不同种生物组织中所含有机物种类和含量的差异,为认识生命的物质性和差异性提供感性认识。

    世界是由运动的物质组成的,作为最基本的生命系统——细胞也不例外。但组成细胞的元素和化合物具有两重性,既与非生命世界具有统一性,又与之存在着重大差异,尤其是生物大分子,如生命活动的主要承担者——蛋白质,遗传信息的携带者——核酸等。学习本节内容将有助于学生从元素、分子水平较深入地认识生命的物质基础和结构基础。理解分子结构和功能的统一,领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用,了解生命的物质性和生命物质的特殊性,科学地理解生命的本质,形成辩证唯物主义自然观。同时,从分子结构和功能角度阐释细胞生命活动的规律,对于学生学习后续内容具有重要的奠基作用。毋庸讳言,学习本节内容存在着诸多困难,一方面由于学习本章内容的时期是在高中阶段的起始年级,学生从初中升入高中后,学习习惯和认知方法需要一个培养期和过渡期;另一方面由于本节内容与化学尤其是有机化学知识联系非常紧密。而高一年级没有开设有机化学课程,因此学生在学习时颇感吃力。

    二、教学建议

    1.利用“问题探讨”,让学生提出问题

    由于学生在初三阶段已经学习了元素等化学基础知识,因此可以引导学生分析比较下列资料:组成地壳和组成细胞的部分元素含量表(见人教版必修1教材第16页),植物体和土壤的部分元素含量的比较表(见表1),人体和玉米细胞中部分元素含量表(见表2),组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比图(见人教版教材第17页)。

    为了培养学生提出问题、解决问题的能力,建议教师组织学生自己提出问题交流与讨论,最终解决问题。本节的主要教学目标是简述组成细胞的主要元素,说出构成细胞的最基本元素是碳,认同生命的物质性。故通过组成地壳和组成细胞的部分元素含量、植物体和土壤部分元素含量的比较分析,让学生认识到组成生物体与组成地壳、组成植物体与组成土壤的元素种类的相似性,组成细胞的化学元素在无机自然界中都可以找到,为认同生命的物质性奠定科学基础;同时,通过分析比较,让学生明确细胞与非生物元素含量的差异性,细胞与非生物各种元素相对含量大不相同是生命现象的物质基础。利用表2中玉米与人体中部分化学元素及其含量(占细胞干重的质量分数),可以引导学生围绕下列问题进行思考:不同生物细胞中各种元素含量相同吗?组成细胞的元素中哪4种化学元素的含量最多?什么元素是构成细胞的最基本元素?在问题探讨中,还可以结合组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比的饼形图,启发学生深入思考上述问题,最后得出如下结论:不同生物细胞中同种元素含量不同是生物多样性和差异性的物质基础;组成细胞的元素中C、H、O、N这4种元素含量最多;组成细胞中的化学元素有大量元素和微量元素之分;碳元素是构成细胞最基本的化学元素;生命的物质性和特殊性与组成细胞的元素种类和含量有关。为了帮助学生进一步认识生命的物质性,化学元素尤其是微量元素对于生命活动的重要性,建议教师从学生的生活经验入手,围绕人体、植物体中元素的生理作用以及常见的元素缺乏症,组织学生进行交流讨论。例如,缺钙时儿童会出现发育迟缓,牙齿不齐,骨骼畸形,中老年则会出现骨质疏松,易骨折;缺铁会引起贫血;缺锌则会出现食欲不振、厌食、偏食和免疫力下降等症状;婴儿缺碘会患呆小症等。对于植物体,油菜缺硼会“花而不实”,缺锌会患小叶病,缺铁则会出现黄化现象等。

    2.利用化学知识,认同碳是构成细胞的最基本元素

    首先通过上述资料分析比较,让学生认识到在细胞干重中碳元素含量最多,高达55.99%,初步得出碳是构成细胞最基本元素的结论。接着,建议教师引导学生以初三所学习的元素周期表为基础,回顾、分析碳原子核外电子分布特点和碳的化学性质,让学生理解碳链是构成生物大分子的结构骨架。学生通过元素周期表,得知碳位于第2周期、ⅣA族,其原子序数是6。教师出示碳原子结构示意图,说明碳原子核中含有6个质子,核外有6个电子,最外层有4个电子,这样碳原子就具有了4个能够成键的价电子。这4个价电子,能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键,所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。正因为碳原子具有特殊的电子结构和丰富的成键能力,

    以它为主形成的有机化合物构成了已知化合物的绝大部分,碳链真正成为生物大分子的基本骨架。据此,学生理解碳元素对于生命的重要意义也就水到渠成。但是,考虑到学生还没有学习蛋白质、核酸等生物大分子,因此对于这部分内容的教学目标可以分阶段螺旋式提升,尤其关于碳链是生物大分子的基本骨架,可以在学习了组成细胞的有机化合物之后,通过大量丰富的实例,理解碳元素对于生命的重要意义就可以了,而不要急于求成、一步到位。另外,对于学有余力的学生,教师还可以组织学生将人体中必需元素在元素周期表中勾画出来,找出这些生命必需元素在元素周期表中的分布规律。

    3.利用生活经验,推测细胞中所含化合物的种类及其含量

    由于组成细胞的元素大多以化合物的形式存在,因此在学习了组成细胞的元素内容后,需要引导学生进一步了解组成细胞的主要化合物及其相对含量。建议教师从学生的生活经验和认知基础出发,定性判断细胞中化合物的种类及其含量的高低。教师可以设问:人类从其他生物体内获得了大量而丰盛的食物,根据你的生活经验,请你说说各种动植物食品中含量较多的化合物有哪些?怎样提取这些化合物?学生可以从自己日常生活经验中提供信息和结论:西瓜中水分充足、糖分含量高;果汁中含水量高,还含有维生素、有机酸和糖类,因为吃在嘴里有点酸、有点甜;米饭中主要成分是淀粉,淀粉属于糖类;动物精肉中含有丰富的蛋白质,青少年要保证蛋白质足够的摄入量;豆腐中含有较多的植物蛋白,是从大豆种子里提取出来的;动物的肥肉中含有较多的脂肪,因为吃起来有一种油腻的感觉,在锅里熬炸后可以提取动物脂肪(荤油),如此等等。最后,教师组织学生进行总结:组成细胞的化合物有无机化合物、有机化合物两大类,无机化合物包括水和无机盐,有机化合物包括糖类、脂质、蛋白质和核酸。

细胞化学元素范文第2篇

本节内容主要包括组成细胞的元素,组成细胞的化合物,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。其教学目标为:简述组成细胞的主要元素,说出构成细胞的最基本元素是碳;认同生命的物质性;尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,探讨细胞中主要化合物的种类。其中教学重点是组成细胞的主要元素和化合物,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质;教学难点为构成细胞的最基本元素是碳,检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

与原来教材相比,新教材中“细胞中的元素和化合物”一节的内容存在一些重要变化:一是研究对象的范围发生了变化,原来研究的是组成生物体的化学元素和化合物,现在改为细胞中的元素和化合物;二是“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验有所改进,不再是单纯的验证性实验,而是在实验材料和方法上为学生提供了探究空间;三是教材编写有利于引导学生积极思考,通过“问题探讨”“思考与讨论”和“实验”等栏目,让学生在实验与观察、讨论与分析中获取新知识,而不是直接提供结论性的知识信息。教材首先通过“问题探讨”,让学生通过比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量,让学生自主发现问题、提出问题,并与学生交流和讨论。“问题探讨”栏目意在激发学生从元素水平探究细胞奥秘的好奇心,并且培养学生提出问题的能力。为了帮助学生比较分析,教材正文起始部分交代了组成细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到,同时,细胞与非生物相比,各种元素的相对含量却大不相同,进而引导学生了解组成细胞的元素和化合物的种类。不同生物体内细胞形态、结构和功能不同,就是同一个多细胞生物体内,其细胞种类也是多种多样,其化学成分也不尽相同。教科书以人体细胞为例,以饼形图的形式,介绍了组成人体细胞的主要元素占细胞干重和鲜重的百分比,并提出问题引导学生思考:在细胞干重中,碳元素的含量达到55.99%,表明碳元素是构成细胞的基本元素,这对生命有什么意义呢?为本章后续3节内容的学习提供一个引子,为最后得出“生物大分子以碳链为骨架”打下一个伏笔。“检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质”的实验则是在原教材实验的基础之上加以改进,让学生在实验探究中体悟同种生物组织中有机物的种类,以及不同种生物组织中所含有机物种类和含量的差异,为认识生命的物质性和差异性提供感性认识。

世界是由运动的物质组成的,作为最基本的生命系统——细胞也不例外。但组成细胞的元素和化合物具有两重性,既与非生命世界具有统一性,又与之存在着重大差异,尤其是生物大分子,如生命活动的主要承担者——蛋白质,遗传信息的携带者——核酸等。学习本节内容将有助于学生从元素、分子水平较深入地认识生命的物质基础和结构基础。理解分子结构和功能的统一,领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用,了解生命的物质性和生命物质的特殊性,科学地理解生命的本质,形成辩证唯物主义自然观。同时,从分子结构和功能角度阐释细胞生命活动的规律,对于学生学习后续内容具有重要的奠基作用。毋庸讳言,学习本节内容存在着诸多困难,一方面由于学习本章内容的时期是在高中阶段的起始年级,学生从初中升入高中后,学习习惯和认知方法需要一个培养期和过渡期;另一方面由于本节内容与化学尤其是有机化学知识联系非常紧密。而高一年级没有开设有机化学课程,因此学生在学习时颇感吃力。

二、教学建议

1.利用“问题探讨”,让学生提出问题

由于学生在初三阶段已经学习了元素等化学基础知识,因此可以引导学生分析比较下列资料:组成地壳和组成细胞的部分元素含量表(见人教版必修1教材第16页),植物体和土壤的部分元素含量的比较表(见表1),人体和玉米细胞中部分元素含量表(见表2),组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比图(见人教版教材第17页)。

为了培养学生提出问题、解决问题的能力,建议教师组织学生自己提出问题交流与讨论,最终解决问题。本节的主要教学目标是简述组成细胞的主要元素,说出构成细胞的最基本元素是碳,认同生命的物质性。故通过组成地壳和组成细胞的部分元素含量、植物体和土壤部分元素含量的比较分析,让学生认识到组成生物体与组成地壳、组成植物体与组成土壤的元素种类的相似性,组成细胞的化学元素在无机自然界中都可以找到,为认同生命的物质性奠定科学基础;同时,通过分析比较,让学生明确细胞与非生物元素含量的差异性,细胞与非生物各种元素相对含量大不相同是生命现象的物质基础。利用表2中玉米与人体中部分化学元素及其含量(占细胞干重的质量分数),可以引导学生围绕下列问题进行思考:不同生物细胞中各种元素含量相同吗?组成细胞的元素中哪4种化学元素的含量最多?什么元素是构成细胞的最基本元素?在问题探讨中,还可以结合组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比的饼形图,启发学生深入思考上述问题,最后得出如下结论:不同生物细胞中同种元素含量不同是生物多样性和差异性的物质基础;组成细胞的元素中C、H、O、N这4种元素含量最多;组成细胞中的化学元素有大量元素和微量元素之分;碳元素是构成细胞最基本的化学元素;生命的物质性和特殊性与组成细胞的元素种类和含量有关。为了帮助学生进一步认识生命的物质性,化学元素尤其是微量元素对于生命活动的重要性,建议教师从学生的生活经验入手,围绕人体、植物体中元素的生理作用以及常见的元素缺乏症,组织学生进行交流讨论。例如,缺钙时儿童会出现发育迟缓,牙齿不齐,骨骼畸形,中老年则会出现骨质疏松,易骨折;缺铁会引起贫血;缺锌则会出现食欲不振、厌食、偏食和免疫力下降等症状;婴儿缺碘会患呆小症等。对于植物体,油菜缺硼会“花而不实”,缺锌会患小叶病,缺铁则会出现黄化现象等。

2.利用化学知识,认同碳是构成细胞的最基本元素

首先通过上述资料分析比较,让学生认识到在细胞干重中碳元素含量最多,高达55.99%,初步得出碳是构成细胞最基本元素的结论。接着,建议教师引导学生以初三所学习的元素周期表为基础,回顾、分析碳原子核外电子分布特点和碳的化学性质,让学生理解碳链是构成生物大分子的结构骨架。学生通过元素周期表,得知碳位于第2周期、ⅣA族,其原子序数是6。教师出示碳原子结构示意图,说明碳原子核中含有6个质子,核外有6个电子,最外层有4个电子,这样碳原子就具有了4个能够成键的价电子。这4个价电子,能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键,所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。正因为碳原子具有特殊的电子结构和丰富的成键能力,

以它为主形成的有机化合物构成了已知化合物的绝大部分,碳链真正成为生物大分子的基本骨架。据此,学生理解碳元素对于生命的重要意义也就水到渠成。但是,考虑到学生还没有学习蛋白质、核酸等生物大分子,因此对于这部分内容的教学目标可以分阶段螺旋式提升,尤其关于碳链是生物大分子的基本骨架,可以在学习了组成细胞的有机化合物之后,通过大量丰富的实例,理解碳元素对于生命的重要意义就可以了,而不要急于求成、一步到位。另外,对于学有余力的学生,教师还可以组织学生将人体中必需元素在元素周期表中勾画出来,找出这些生命必需元素在元素周期表中的分布规律。

3.利用生活经验,推测细胞中所含化合物的种类及其含量

由于组成细胞的元素大多以化合物的形式存在,因此在学习了组 成细胞的元素内容后,需要引导学生进一步了解组成细胞的主要化合物及其相对含量。建议教师从学生的生活经验和认知基础出发,定性判断细胞中化合物的种类及其含量的高低。教师可以设问:人类从其他生物体内获得了大量而丰盛的食物,根据你的生活经验,请你说说各种动植物食品中含量较多的化合物有哪些?怎样提取这些化合物?学生可以从自己日常生活经验中提供信息和结论:西瓜中水分充足、糖分含量高;果汁中含水量高,还含有维生素、有机酸和糖类,因为吃在嘴里有点酸、有点甜;米饭中主要成分是淀粉,淀粉属于糖类;动物精肉中含有丰富的蛋白质,青少年要保证蛋白质足够的摄入量;豆腐中含有较多的植物蛋白,是从大豆种子里提取出来的;动物的肥肉中含有较多的脂肪,因为吃起来有一种油腻的感觉,在锅里熬炸后可以提取动物脂肪(荤油),如此等等。最后,教师组织学生进行总结:组成细胞的化合物有无机化合物、有机化合物两大类,无机化合物包括水和无机盐,有机化合物包括糖类、脂质、蛋白质和核酸。

细胞化学元素范文第3篇

1.1 教材内容及地位。

“细胞中的元素和化合物”是第二章“组成细胞的分子”第1节的内容，此部分内容由三部分内容组成：

（1）组成细胞的元素。（生物界与非生物界具有统一性与差异性）

（2）组成细胞的化合物。（无机化合物和有机化合物）

（3）实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。“第二章 组成细胞的分子”是必修1“分子与细胞”的基础内容，而“细胞中的元素和化合物”又是“组成细胞的分子”的基础。同时，学好“细胞中的元素和化合物”也是学习后面“蛋白质”和“核酸”的必不可少的知识。

1.2 教学目标。

（1）知识目标。

①简述组成细胞的主要元素，说出构成细胞的基本元素是碳。

②了解生物界与非生物界的统一性和差异性。

③初步了解检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法及现象。

（2）能力目标。

①培养归纳、分析、比较的能力。

②培养知识迁移能力，综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，以及提高学科之间相互渗透的迁移能力。

（3）情感态度价值观目标。

树立辩证唯物主义世界观，增强对生命的本质的认识，崇尚生命物质和谐之美，珍爱生命。

1.3 教学重、难点分析。

重点：（1）组成细胞的主要要素和化合物。（2）初步了解检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法及现象。

分析：确定第1个为重点的原因在于可以使学生树立分子水平上的细胞研究的概念；打好这个基础不仅可以使后面的学习比较容易，还能使学生了解到“生化不分家”的学科联系，有利于培养学生综合素质。确定第2个为重点的原因，实验的预习是做好实验的基础，课堂上的初步学习与课后的自学是预习不可缺少的，为下节实验课程做了奠基。

难点：（1）构成细胞的基本元素是碳。（2）初步了解生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

分析：如何让学生很自然地从大量元素的概念过渡到基本元素，对教师的教学来说是一个难点，可以通过举实例来突破；由于面对的是高一新生，初中实验技能，知识储备都有所不同，可以选择照顾绝大多数学生来进行引导，启发学习。

2. 教学方法

自学导思法――教师引导下的学生自主探究。

直观教学法――利用多媒体课件进行教学。

自学导思法有利于学生主动学习，激发学生独立思考和创新意识，充分发挥学生的主体作用。同时还培养了学生之间的团队协作精神。

3. 教学程序

下面通过教学程序来谈谈教法、学法的具体应用。

导入：

前一段时间，老师遇到一难题，因为老师不是本地人，初来时，就出现了“水土不服”的症状，吃药也不管用，大概持续了五六天后才恢复了正常。那有没有同学知道水土不服是怎么回事吗？

学生讨论，教师总结：

我们知道地球上的无机环境，比如水，空气，土壤等等都是由一些元素组成的，水由H、O组成等，那么长期生活在一个地方的人或生物，其体内的元素与当地环境中，尤其是水土中的元素保持着一致性。这叫人和一切生物与当地元素保持平衡。一旦远离故土到异乡去生活，一时适应不了新地方的元素环境，就会出现水土不服。经过一段时间的生活，新地方水土中的元素通过食物链进入人体或生物体内，逐渐改变体内的元素含量，使之再次达到新的平衡，水土不服就会逐渐消失。这就是人们常说的“一方水土养一方人”。

那我们人体及各种生物体内到底都有哪些元素呢？本节课，我们就一起来讨论一下第二章第一节内容“细胞中的元素和化合物”。（可激发学生的学习兴趣）

3.1 组成细胞的元素。

刚才我们说了“一方水土养一方人”，水的元素组成我们知道H和O，接下来，我们就来比较一下地壳以及组成生物体的结构和功能的基本单位细胞的部分元素含量（%）表，16页左上角。

（1）引导学生从“元素种类”和“元素含量”两方面来看。使学生明白组成。

元素的种类基本相同；组成元素的含量相差很大，进而使学生总结出“生物界”与“非生物界”存在“统一性”和“差异性”。教师总结：“统一性”和“差异性”。

（2）教师演示课件。

a.比较不同，引出“鲜重”与“干重”的概念。

b.根据课件引出“大量元素，微量元素，基本元素”的概念，并举例。

c.作出口诀，留1分钟快速记忆。

（3）小检测。

①黄金搭档中Ca、Fe、Zn、Se（硒）中哪些是大量元素，哪些是微量元素。

②东北虎和非洲象相比元素种类大体相同，含量相差较大。

3.2 组成细胞的化合物。

刚才我们学习了，组成细胞的元素，那同学们想一下，我们现在做这样一个实验：按严格的细胞个元素含量，比如取一两公斤的最基本的元素-C，按比例加入大量元素-H、O、N、P、S、Ca、Mg、K，再加入一些微量元素，进行搅拌，那同学们想一想在桶里会有生命体或细胞出现吗？（不会）从而导出“化合物”等概念。

接下来，我们就来学习一下，组成细胞的化合物。

设计讨论：

①3分钟讨论17页“思考与讨论”请同学代表作答。（小组讨论，询视学情）

②无机化合物。

a.水，分两部分讲解 a1 液态水（举例）a2 结合水（举例）一旦失水30%有生命危险。

b.无机盐，主要阐述其功能。

③ 有机化合物 a.糖类 b.脂肪 c.蛋白质：细胞中含量最多的有机化合物，组成生命体的重要物质，既是生命活动的实施者有时调解者。（举例）

d.核酸：DNA/RNA

3.3 布置实验任务。

18页-19页实验，教师出示总结的三句口诀，请同学们认真预习实验后，说出其含义，鼓励学生自己再总结更好的口诀。（3分钟记忆）

4. 练习与评价

本节内容为2课时内容，此节为第1课时，第2课时为实验课时，为了避免同学不预习实验，留下“三句口诀”让学生翻译，只有认真研读了实验，才能作答；亦可作为进实验室的口诀，不会背者不得进实验室，学生们渴望做实验，充分调动了学生的积极性，使学生感到学习“易”、“趣”、“活”。

另外《名师一号》上的习题也难度适宜，题量适中，也可作为课后作业，学生通过练习对所学知识巩固提高。

5. 教学反思

进行这样的教学设计的理论依据：

细胞化学元素范文第4篇

【关键词】 小神经胶质细胞 神经元 OX42 Fos 癫痫 大鼠

0引言

癫痫是一组慢性脑病综合征，其发病与神经免疫内分泌网络的调节失衡有关［1］. 既往有关癫痫的研究多围绕神经元和星形胶质细胞展开［2］，而对小胶质细胞的相关研究以及有关癫痫发作后短时间内小胶质细胞有无变化的研究尚少见报道. 本实验观察了小胶质细胞在癫痫发作后短时间内的变化，以探讨癫痫发作早期小胶质细胞的活化及其与神经元的关系和小胶质细胞在癫痫发作时可能的作用.

1材料和方法

1.1材料SD成年雄性大鼠35只，体质量200~250 g（第四军医大学实验动物中心提供），将动物置于20℃、安静的环境中饲养48 h. 小鼠抗OX42抗体（产品编号：CBL1512P），兔抗Fos抗体（产品编号：MAB1283）（美国Santa Cruz公司）；生物素标记山羊抗小鼠IgG（产品编号：C0252），生物素标记的山羊抗兔IgG（产品编号：C0252），生物素卵白素HRP复合物（ABC，产品编号：C1785）（美国Sigma公司）；BX60型显微镜（日本奥林巴斯公司）；DF300图像采集数码摄像头（德国莱卡公司）.

1.2方法

1.2.1实验分组将大鼠随机分为对照组（n=5）和癫痫发作后15，30，60，120，360 min 5个实验组（n=6）.

1.2.2组织材料的处理大鼠按体质量6 mg/kg腹腔注射5 g/L的海人酸（kanic acid，KA）并观察其行为变化，凡出现凝视、湿狗样抖动、节奏性咀嚼、点头、肢体阵挛、阵发性旋转、跌倒等癫痫发作的表现，即为模型制作成功. 各实验组用过量10 g/L戊巴比妥钠（>40 mg/kg，i.p.）麻醉，迅速开胸经左心室至升主动脉插管，先以100 mL生理盐水洗去血液，随后用4℃含40 g/L多聚甲醛的0.1 mol/L磷酸盐缓冲液（PB， pH7.4）先快后慢灌流固定2 h，然后取脑置于300 g/L的蔗糖中（4℃）直至组织沉底. 冰冻切片机切制连续冠状切片，片厚30 μm，切片分为三套，置于0.01 mol/L PBS中存放.

1.2.3免疫组织化学标记

1.2.3.1免疫组织化学单重标记取2套切片在0.01 mol/L PBS中漂洗后，入含3 g/L Triton X100的0.01 mol/L PBS中浸泡30 min，然后依次进行：①小鼠抗OX42抗体稀释液（1∶3000）或兔抗Fos抗体稀释液（1∶3000）孵育24 h；②生物素标记的山羊抗小鼠IgG（1∶500）或生物素标记的山羊抗兔IgG（1∶500）孵育2~4 h；③生物素卵白素HRP复合物（ABC，1∶500）浸泡2~4 h. 然后用葡萄糖氧化酶DAB硫酸镍铵法染色，OX42和Fos产物均呈蓝色，OX42以小胶质细胞胞质出现蓝色颗粒判定为阳性，Fos以神经元和小胶质细胞的细胞核出现蓝色颗粒判定为阳性. 以上每一步骤之后均用0.01 mol/L PBS液充分漂洗3次，每次10 min. 显色后切片经漂洗后裱片、晾干、脱水、透明，封固后显微镜观察并采集图像.

1.2.3.2免疫组织化学双重标记另取1套切片单重标记抗Fos显色后，再进行抗OX42的第二重染色. ①小鼠抗OX42抗体稀释液（1∶3000）室温孵育24 h；②生物素标记的山羊抗小鼠IgG（1∶500）室温孵育2~4 h；③生物素卵白素HRP复合物（ABC，1∶500）室温浸泡2~4 h. DABH2O2溶液中进行棕色反应，OX42阳性产物呈棕色结果判定为阳性. 结束两次染色的切片经漂洗后裱片、晾干、脱水、透明，封固后在光镜下观察并采集图象. OX42阳性反应强弱，+/-：表示弱阳性或无反应；+：表示弱阳性；：表示阳性；：表示强阳性；：表示极强阳性.

1.2.4对照实验及替代实验对照组大鼠腹腔注射生理盐水1.5 mL，分别于15，30，60，120，360 min后灌流固定、取材并进行免疫组织化学检测；取实验组切片，用0.01 mol/L PBS替代抗OX42和抗Fos抗体稀释液，按ABC法进行免疫组化染色.

统计学处理：采用SPSS13.0统计软件进行分析，对FOS阳性神经元进行计数，数据以x±s表示，所用统计分析方法为方差分析，组间多重比较采用LSDt检验.

2结果

2.1动物一般行为改变各实验组大鼠给药后均出现凝视、湿狗样抖动、节奏性咀嚼、点头、肢体阵挛、阵发性旋转、跌倒等癫痫发作表现，而对照组行为正常，无任何癫痫发作表现.

2.2OX42阳性细胞在前脑分布及表达的时间规律

2.2.1OX42阳性细胞在前脑分布的区域对照组大鼠在前脑内可见有少量OX42阳性细胞散在分布，阳性细胞的胞体小，突起多而细，呈静息型；KA导致癫痫发作后OX42阳性细胞数量明显增加，细胞由静息型转变为激活型，其特点是OX42染色深，胞体变大，突起变长粗，在前脑主要集中分布在大脑皮层（包括扣带回、额叶、顶叶和颞叶）（图1A），在海马各亚区主要分布在分子层和多形层（包括CA1，CA2，CA3，CA4和齿状回），锥体细胞层和颗粒细胞层阳性细胞很少（图1B）和杏仁核簇（图1C），OX42阳性细胞的分布没有明显变化.

A: OX42在大脑皮层的分布×240； B: OX42在海马CA3区的分布×120； C: OX42在杏仁核的分布×120.

图1海人酸致癫发作120 min后OX42阳性细胞的分布（葡萄糖DAB硫酸镍铵法）（略）

2.2.2OX42阳性表达的时间规律结果显示，癫痫发作后15 min组可以见到少量OX42阳性细胞，阳性细胞的胞体小，突起多而细，呈静息型；30 min组阳性细胞数量较10 min组增多；60 min组阳性细胞数量较30 min组增多，胞体增大，突起变短，向激活型转变；120 min组阳性细胞数量进一步增多，细胞体积更大，突起少而粗大，阳性细胞无论在数量还是在体积上均达到高峰，细胞呈激活型；至360 min时，阳性细胞数量及形态与120 min组相似，仍为激活型.

2.3Fos阳性神经元在前脑分布及表达的时间规律

2.3.1Fos阳性神经元在前脑分布的区域用硫酸镍铵加强的免疫组织化学显色结果为蓝黑色，Fos免疫阳性物质位于细胞胞核内，神经元、星形胶质细胞及小胶质细胞均可能表达Fos蛋白. 因小胶质细胞的胞核很小，在未与OX42双重标记的单标切片中难于辨认，且与星形胶质细胞表达的Fos阳性胞核无法区别. 对照组大鼠在前脑内未见Fos阳性细胞；KA导致癫痫发作后Fos阳性细胞数量明显增加，在前脑主要集中分布在大脑皮层（包括扣带回、额叶、顶叶和颞叶）（图2A）、海马和杏仁核簇（图2B）.

A:Fos蛋白在大脑皮层的分布×24； B：Fos蛋白在杏仁核的分布×60.

图2海人酸致癫发作120 min后Fos阳性神经元的分布（葡萄糖DAB硫酸镍铵法）（略）

2.3.2Fos阳性神经元表达的时间规律 观察结果显示，癫痫发作后15 min组未见Fos阳性细胞；30 min组阳性细胞开始出现；60 min组阳性细胞数量较30 min组增多；120 min组阳性细胞数量进一步增多，阳性细胞数量达到高峰（图2）；至360 min时，阳性细胞数量明显下降. 对FOS阳性神经元进行计数，以每组共计6只大鼠12张切片24个60×视野所得. 反应强度的时间规律见表1.

表1大脑皮层内OX42阳性小胶质细胞和FOS阳性神经元反应的时间规律（略）

P

2.4OX42阳性细胞和Fos阳性细胞的关系在OX42和Fos双标的切片中可见3种染色类型：①Fos阳性的神经元胞核（Fos+细胞）和Fos阳性的胶质细胞胞核（可能是星形胶质细胞），由于神经元胞核与胶质细胞胞核在大小上的明显差别，使之容易区别；②Fos阴性而OX42阳性的小胶质细胞（OX42+细胞），其胞质和突起为棕色，胞核未染色；③蓝色Fos阳性胞核和棕色OX42阳性的胞质双重标记的小胶质细胞（Fos+/ OX42+细胞）. Fos+/ OX42+细胞与Fos+细胞和OX42+细胞在前脑的分布也很相似，主要位于大脑皮层（包括扣带回、额叶、顶叶和颞叶）、海马和杏仁核簇（图3）.

箭头所指为Fos+/OX42+的小细胞（免疫组织化学双标染色法）.

图3海人酸致癫发作120 min后Fos和OX42在大脑皮层的分布.（略）

3讨论

KA是天然提取的谷氨酸类似物，它可以与突触后KA受体结合，产生兴奋性突触后电流，引起神经元的过度兴奋. 全身或大脑局部注射KA可以导致动物癫痫发作，是理想的颞叶癫痫模型.

我们通过对小胶质细胞的形态和数量变化规律的观察发现KA引起癫痫发作后30 min海马静息小胶质细胞的数目就已经增多，随后很快转化成激活型小胶质细胞并且表达Fos蛋白，此时癫痫的发作还不会引起神经元死亡，只是导致神经元的过度兴奋. 这提示不仅神经元的死亡可以引起小胶质细胞的活化，而且神经元的过度兴奋也可以引起小胶质细胞的活化. 本实验中神经元过度兴奋引起小胶质细胞活化的过程相当迅速，只需30 min其数量就已经增多. Taylor等［2］在体外的实验证明谷氨酸可以作用于小胶质细胞上的代谢型谷氨酸受体，从而引起小胶质细胞的激活，KA引起癫痫发作时神经元释放的大量兴奋性神经递质谷氨酸也有可能引起小胶质细胞的活化. 在本实验中，我们也观察到激活的小胶质

细胞与Fos阳性神经元的分布基本一致，这在空间上提供了神经元释放谷氨酸引起小胶质细胞的活化的可能.

Fos蛋白作为即刻早期基因cfos 的转录表达产物，广泛用于显示神经元的功能状态. 在本研究中，我们观察到神经元的Fos蛋白表达情况与文献报道的一致［3］. 我们在小胶质细胞中也观察到Fos蛋白的表达，说明在癫痫发作早期小胶质细胞被激活后也能表达Fos蛋白，从而启动基因的转录，这可能是它发挥作用的重要途径.

在神经元死亡后活化的小胶质细胞吞噬细胞碎片是众所周知的. 新近的报道中人们发现小胶质细胞活化后可以表达胶质细胞源性谷氨酸转运体，通过清除谷氨酸来保护受损的神经元［4-6］. 早期的小胶质细胞在神经元尚未发生死亡时的活化很可能具有修复过度兴奋的神经元的作用. 这有可能同时通过释放各种细胞因子，促进神经元的死亡，其作用机制还需要进一步的研究.

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细胞化学元素范文第5篇

关键词：信息交流；内分泌；化学突触；胞间连丝

人教版必修1《分子与细胞》教材第42页“细胞膜――系统的边界”一节中关于细胞间的信息交流，举了这样三个例子（见图1）。

对于图1-a的含义，很多教师都非常熟悉，因为它表示的就是人与高等动物体内激素调节的示意图，但是对于图1-b、图1-c的引入，很多教师不是很理解，甚至认为将这两幅图替换成兴奋在突触间的传递示意图更能体现重点知识的前后联系。而笔者认为，这三幅图则恰好体现了细胞间信息交流的三种方式。

细胞间的信息交流（即细胞通讯）是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞通讯的方式主要有以下三种类型。

一、化学通讯

化学通讯是指细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯，这是多细胞生物体采用的最普遍的通讯方式。细胞分泌化学信号的作用方式可以分为内分泌、旁分泌、自分泌及通过化学突触传递神经信号等四种类型（见图2）。

1.内分泌

由内分泌细胞分泌信号分子（如激素）到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞，与靶细胞细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞（见图1-a，图2-a）。例如，胰腺组织中胰岛A细胞分泌的胰高血糖素通过血液的传送作用于肝细胞后，促进肝糖原的分解，从而升高血糖浓度；再如下丘脑的某些神经细胞分泌的促甲状腺激素释放激素通过血液的传送作用于垂体细胞后引起垂体细胞分泌促甲状腺激素，促甲状腺激素再刺激甲状腺分泌甲状腺激素等。

2.旁分泌

体内某些细胞能分泌一种或数种化学介质，如生长因子、一氧化氮等，此类信息物质不进入血液循环，而是通过扩散作用影响其邻近细胞的现象。与旁分泌有关的细胞称为旁分泌细胞，如散布于胃肠粘膜上皮的内分泌细胞、胰岛D细胞、分泌前列腺素的细胞等。旁分泌细胞分泌的激素经组织液弥散至邻近的靶细胞，起局部调节作用，称为局部激素或局部介质（见图2-b）。

3.自分泌

细胞所分泌的活性因子与该细胞表达的相应受体结合，从而调节自身功能的现象。自分泌信号常见于病理条件下，如肿瘤细胞合成和释放生长因子刺激自身，导致肿瘤细胞的增殖失控（见图2-c）。

4.通过化学突触传递神经信号

当神经元细胞在接受环境或其他神经细胞的刺激后，神经信号通过动作电位的形式沿轴突以高达100 m/s的速度传至末梢，刺激突触前膜释放化学信号（如神经递质），快速扩散作用于相距50 nm的突触后膜，引起下一个神经元细胞产生兴奋或抑制（见图2-d）。

此外，某些昆虫通过分泌外激素传递信息也属于通过化学信号进行细胞间通讯，作用于同种生物的其他个体。

二、细胞间接触性依赖的通讯

细胞间接触性依赖的通讯通过与细胞膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞膜上的受体分子相结合，影响其他细胞，因此它与化学通讯方式的最主要区别在于其信号分子是与细胞膜相结合的（见图1-b）。这种通讯方式在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。在胚胎发育过程中，神经系统来源于胚胎上皮细胞层。将发育成神经系统的上皮细胞层，最初相邻细胞之间是彼此相同的，在发育过程中，单个细胞通过独立分化成为神经元，而与其相邻的细胞则受到抑制保持未分化状态。这是因为将分化形成神经元的细胞通过膜结合的抑制信号分子与其相接触的相邻细胞的膜受体结合，能阻止它们也分化成神经元细胞。

又如，哺乳动物受精的过程中，在的细胞膜中含有某种蛋白质（信号分子），它能直接与卵子透明带中的一种特异性糖蛋白（受体分子）结合，从而刺激产生顶体反应，启动受精的过程。

三、细胞间的间隙连接

细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通，通过交换小分子来实现信息交流。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，完成细胞间的信息交流。

胞间连丝是贯穿细胞壁沟通相邻细胞的细胞质连线，它由相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径为20～40 nm的管状结构构成，中央是由内质网延伸形成的连丝微管（见图1-c，图3）。

胞间连丝形成了物质从一个细胞进入到另一个细胞的通路，所以在植物细胞的通讯中起非常重要的作用。例如，在分泌旺盛的细胞中，胞间连丝的数目达15个/μm2，而一般细胞中约为1个/μm2。

由此可见，教材若选择激素调节与神经调节作为细胞间信息交流的示例虽然能体现重点知识的前后联系，但由于它们所表示的都是细胞间信息交流的同一种类型，所以也就失去了生物教材所具有的严谨性与科学性。

参考文献：

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细胞化学元素范文第6篇

锌硒对人体有重要的生理作用，许多专家和学者通过不同的研究方法从其生化、生理、临床作用及机理的等方面展开了大量的研究，取得了一定的进展，为锌硒的研究提供了大量依据。本文介绍了微量元素硒锌与人体健康的现状及其临床价值和应用前景。

1锌、硒的抗氧化作用

硒在机体内主要以结合蛋白（硒蛋白）的形式发挥作用。目前已发现的人硒蛋白有二十多种，只有硫氧蛋白还原酶和脱碘酶、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的生理功能研究得比较清楚，其它部分的硒蛋白发现得比较晚，它们的功能正处于研究中。硒以GSH-Px的形式在体内发挥抗氧化作用，其过程为：GSH-Px催化还原型谷胱甘肽成为氧化型，与此同时把有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化物，进而保护组织细胞，尤其是生物膜免受过氧化氢的损害。据报道：维生素E在体内的主要作用也是抗氧化作用，是防止生物膜中磷脂被过氧化的第一道防线。然而，即使供给充足的维生素E，仍有一些过氧化物在胞液中产生，这些过氧化物的清除是由GSH-Px完成的。有许多文献报道：维生素E与硒在抗氧化作用上是协同互补的[1-2]。近年来研究发现：直接影响GSH-Px活力发挥的是活性中心含量的高低。GSH-Px含量低是因重金属干扰了硒的代谢，使GSH-Px失活导致其与蛋白质的巯基结合，比如与生物体内谷胱甘肽过氧化物酶的结合，形成不可逆复合物，干扰酶的活性及其抗氧化功能；或者与细胞膜表面酶的巯基结合，改变其结构和功能，形成了自由基[3]。元素硒是维持体内GSH活性的重要因素，对金属汞的毒性有抑制作用[4]。元素锌作为体内重要的必需微量元素，有明显的抗氧化作用。锌通过金属硫蛋白（MT）发挥抗氧化作用，这是抗氧化的另一个主要途径。金属硫蛋白是一种低分子量能与重金属结合的蛋白质，由于巯基含量丰富，同时与二价汞有极大的亲和力，锌作为金属硫蛋白基因表达的有效促进因子[5]，促进金属硫蛋白的生成。MT对蓄积在体内的汞能够起缓冲作用。MT能够抵御重金属的毒性作用，在保证金属元素的稳态以及清除自由基等方面发挥重要的作用[6]。锌的生物学功能很广泛，锌是含铜与锌超氧化物岐化物（CuZn–SOD）重要的活化因子，CuZn-SOD作为体内重要O2-的自由基清除剂，CuZn-SOD能够歧化汞在体内产生的超氧化物阴离子自由基O2-成为氧化氢和氧，从而减少其对细胞膜的损伤，拮抗其在体内的毒性效应[7-8]。有研究发现：锌能够诱发位于细胞质膜上的转砷蛋白，使砷在机体内的含量明显降低，硒通过谷胱甘肽（GSH）的中介作用与砷形成复合物，降低游离砷的浓度，抵制砷的毒性作用。砷、硒都可与巯基或甲基结合，硒和锌的加入能干扰砷与巯基及甲基的结合，进而使其的毒性降低。砷能够导致脂质过氧化[9]，锌为SOD酶的重要组成部分，而硒为谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分，锌和硒的摄入能使该酶活性增强，拮抗重金属的氧化损伤作用。

2锌硒的抗肿瘤作用

大量的实验发现，硒具有显著的抗肿瘤功效。大量的流行病学的资料表明：膳食、地质环境决定了人群血硒含量与肿瘤的发生率及死亡率呈负相关性。因机体的免疫与肿瘤的发生、发展关系密切，所以我们可认为硒的抗肿瘤作用是通过调节和增强机体免疫来实现的。事实上许多研究证实了补硒能维持或提高实验动物的免疫能功能[10]。元素硒可以增强巨噬细胞对巨噬细胞活化因子的反应性，降低巨噬细胞对淋巴细胞的抑制作用；可以增强T淋巴细胞对有丝分裂原或同种抗原刺激的增殖反应；也可以增强自然杀伤细胞的活性，[11]缺锌能使实验动物脾细胞的绝对数量减少，胸腺和淋巴组织萎缩，T细胞依赖的及T细胞非依赖的抗原免疫反应下降，有研究报道：缺锌动物的脾细胞花环形成细胞只有锌充足脾的40%。即使T、B细胞的比率没有变，锌缺乏鼠B细胞表面的IgM的比率是对照鼠的2倍，表明锌缺乏鼠脾中有不成熟的B细胞在增加[12]。体外实验发现：无活性的胸腺肽在锌缺乏受试者血清中存在，并且通过补锌能够激活血清中的这种无活性的胸腺肽，体外测定胸腺肽的活性作为判断是否缺锌的标准。有研究表明轻度缺锌的结果是血清胸腺素的活性显著下降，而且补锌可使其得到纠正[13]。核因子KB（nuclear factor-kappaB，NF-KB）NF-kB是辅T细胞1（Helper T cells，Th1）调节白细胞介素2（IL-2）及白细胞介素2受体（IL-2R）表达的主要的转录因子，其机理：锌通过提高抑制性核因子（I-kB-a）磷酸化，使NF-kB转位、激活，同时增加IL-2及白细胞介素2受体拮抗剂（IL-2Ra）的产生。BAO等[14]将I-kB基因转染给缺乏锌的T淋巴细胞白血病细胞（HUT-78细胞），与缺乏锌的T淋巴细胞白血病细胞（HUT-78细胞）相比，锌能够抑制I-kB途径，增加NF-kB活性。据报道：硒在1mg/L浓度时能够对人舌鳞癌细胞有显著的抑制作用，但对正常成纤维细胞无显著抑制作用[15-16]。当硒浓度在30μmol/l时对正常肝细胞及肝癌细胞作用48h后，其增殖及活力都受到明显的抑制，从而导致细胞的凋亡[17]。锌的生理剂量（1mg/L）能够显著抑制人前列腺癌细胞生长作用[18]，在25、50、100μmol/L的锌浓度时，却能促进结肠癌细胞生长，它的存活率因锌浓度升高而升高[19]。因此，不同的锌、硒浓度产生不同的作用效果，其取决于锌、硒的浓度范围、细胞类型和作用方式。有研究发现：锌、硒都可以诱导细胞周期蛋白改变，导致细胞周期阻滞，DNA的合成降低，从而细胞生长受到抑制，只是它们作用机制有所不同。比如锌能抑制G1期细胞周期素依赖性蛋白激酶的P21蛋白表达增加，引起细胞G1期阻滞[20]；而硒能抑制细胞周期蛋白激酶cdk2及蛋白激酶C等，引起细胞周期停滞在S期[21]。比如锌浓度在3.5μg/ml时能使食管癌细胞周期停滞在G1期，从而不能进入S期合成DNA；硒浓度在0.3μg/ml时能使癌细胞S期延长，G1期减少，同时促进细胞的凋亡。因此它们联合对抑制食管癌细胞生长、DNA的合成以及促进细胞凋亡的作用远比其单独作用强，这与锌、硒都能通过下调抑制凋亡蛋白Bcl-xL、Bcl-2的表达，增加促凋亡蛋白Bax的表达，这与激活半胱天冬酶3（caspase-3）、诱导细胞凋亡[16]有关。

3锌、硒在感染性疾病中的作用

流行病学调查发现：微量元素锌硒缺乏者患感染性疾病的风险比正常者增高。锌硒可以辅助治疗病毒性心肌炎其机理可能如下：①微量元素锌硒具有保护心肌细胞膜及某些细胞器，提高心肌细胞氧化磷酸化能力，抑制脂氧合酶活性进而清除氧自由基。②锌硒能够增强体液免疫、细胞免疫及单核-巨噬细胞的吞噬能力及抗感染能力。③锌硒能够通过参与含硒酶GSH-Px、含锌酶SOD活性，增强机体抗氧化能力，进而使心肌细胞免受损伤和干扰，进而促进其功能的恢复[22]。小儿反复呼吸道感染与血清中多种微量元素的缺乏有关（如锌、硒等）。当某些微量元素浓度低下时，机体中的T、B细胞的增殖分化发生障碍，特别是辅T细胞功能受到损害，进而引起小儿反复呼吸道感染发作。锌、硒能够提高机体的免疫功能，参与许多酶的组成，促进T、B细胞的增殖与分化能力[23]。

4锌硒对其他疾病的作用

锌硒能使尘肺患者体内的脂质氧化物减少，使自由基的清除剂升高，起到抗氧化作用。有研究发现：补充葡萄糖酸锌给尘肺患者，能减轻尘肺患者的自觉症状、体征，从而改善肺通气功能[24]。锌硒能使尘肺患者的自觉症状（咳嗽、咯痰、胸痛、气促）得到明显的改善，延缓其进展，预防并发症的发生[25]。小儿厌食与微量元素锌硒关系密切，由于厌食症患儿食欲不振影响胃肠功能，营养素得不到吸收，致使微量元素摄入不足，并且微量元素缺乏又在某种程度上导致儿童厌食，导致恶性循环。给厌食儿童补充硒、锌制剂可以显著改善和增加儿童食欲，然而有报道表明：单用补锌制剂未见效果后要注意适量补充硒制剂[26]。近年研究发现，锌可以影响垂体分泌促性腺素这与生精功能密切相关，维持活动能力的重要因素之一是精浆中存在高锌，锌直接参与的生成、成熟、激活和获能过程，缺锌能够影响性腺的发育、导致性腺功能不足、性器官发育不全或减退、性成熟障碍。影响产生和代谢的一系列酶的组成成分之一是硒，缺硒导致生成不足。硒作为对抗某些毒性作用的代谢元素之一，能够避免有害物质伤害生殖系统，维持细胞的正常形态[27]。锌与胰岛素分泌和储存关系密切。微量元素锌硒与高血压、糖尿病的发病及慢性病变发生、发展存在密切关系。适当调整微量元素的供给等综合防治措施能纠正糖代谢紊乱、防止、延迟或减轻糖尿病慢性病变的发生[28]。类风湿性关节炎的病因或病情加重的原因之一可能是缺锌，口服硫酸锌糖浆能改善患者关节肿胀等自觉症状。硒对治疗类风湿（RA）却没有临床有效性[29]。

5锌硒的需要量

在我国出现的克山病和大骨节病可通过补硒来预防；流行病学调查中发现在美国高硒地区多种心脏病和死亡率明显低于低硒地区，尤其是发现了因硒缺乏使癌发生率、死亡率升高；在芬兰东部、新西兰东部低硒地区以心肌梗死为主的心脏病发生与低硒状态密切相关。因而有专家考虑把硒作为这些疾病的预防药，然而硒的营养安全带窄。摄入其1/10量则能引起缺乏病；而摄取营养水平的10倍量则引起中毒。因而对硒需要量的研究作为硒营养学中的一个新课题。以前的研究是通过动物实验和理论上的推测获得数据。由于我国同时有世界上少有的低硒地区和高硒地区，都出现相应的缺乏病和中毒症。因而这些地区是研究人类硒需要量的最佳实验基地。杨光圻等从1982年就开始研究人体硒需要量，在我国西南低硒地区进行硒的最低需要量和生理需要量的研究，并且测出成人每日最低硒需要量为17μg，生理需要量为40μg，用安全因子处理后得出满足最低及生理需要的每日膳食供应量分别为22μg和50μg[30]。动物实验表明硒的抑癌作用往往都接近中毒量。所以，在疾病防治上涉及到硒的最大安全摄入量。杨光圻等1985-1988年间在恩施高硒地区研究表明：成人每日最高限硒摄入量为750-800μg[31]，用安全因子处理后，得出非高硒地区和高硒地区最高摄入量分别为每日400μg和500μg。在1990年这些研究数据得到3个国际组织（FAO/WHO/IAEA）承认和采用。锌主要存在于动物内脏、海产品中。在日常生活中，摄取的锌元素往往不会发生锌的中毒，然而大剂量服用含锌制剂以致超过机体代偿能力时，就会对机体产生损伤作用。过量锌会引起含锌的金属蛋白酶AKP的活性减低，降低蛋白酶活性[32-33]。美国全国科学研究委员会推荐：半岁以内婴儿每人每天需锌3mg，1岁以内5毫克，1-10岁儿童每天10mg，11岁以后至成年均需15mg，妇女妊娠期每天增加5mg，哺乳期增加10mg。因此，微量元素锌硒虽然在人体内含量极少，却广泛分布于各个器官组织内，是机体生命活动中的物质转运和交换的必需微量元素，与人体息息相关。

6展望

锌、硒对人类健康的影响越来越受到人们的重视，即使有大量令人信服的证据说明微量元素锌硒对人体健康有着重要的调节作用，目前仍存在一些问题尚需进一步研究探索，比如它们对人体健康影响更深层次机理，它们之间的协同作用对人体健康影响及如何提高微量元素的吸收利用率均需更广泛、更深入的研究探索。随着各种机理的阐明它们必将作为保健、预防用药进入一个崭新的应用时代。

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细胞化学元素范文第7篇

侧脑室室管膜下区和齿状回的颗粒下区的神经祖细胞通过增殖和分化产生新生细胞的神经再生过程终生存在于哺乳动物脑内。本文综述了神经祖细胞增殖、迁移、分化并功能性整合的调节机制，并对病理条件下的神经再生以及脑内神经再生研究目前存在的问题和局限性作了进一步的讨论和分析，希望对神经系统疾病的替代治疗研究具有一定的启示作用。

【关键词】 神经再生；神经干细胞；神经祖细胞；室管膜下区；齿状回颗粒下层

ABSTRACT: Neurogenesis is sustained throughout adulthood in the mammalian brain due to the proliferation and differentiation of adult neural progenitor cells found in the subventricular zone of the lateral ventricles and subgranular zone of the dentate gyrus. This review covers recent findings that elucidate different aspects of regulation of neurogenesis， including proliferation， migration and differentiation into mature neurons and functional integration into the existing neural circuits. Furthermore， this review also discusses the effects of pathological conditions on adult neurogenesis in both rodent models and human patients as well as some of the potential problems or limitations in neurogenesis research， which may shed some light on developing novel research strategies for replacement treatment of neurological disorders.

KEY WORDS: neurogenesis; neural stem cell; neural progenitor cell; subventricular zone; subgranular zone of the dentate gyrus

在成年哺乳动物大脑内，每天都有成千上万个新神经元产生。这些新生神经元分别来自脑内两个狭小的区域：侧脑室的室管膜下区(subventricular zone of the lateral ventricles， SVZ)和海马齿状回颗粒下区(subgranular zone of the dentate gyrus， SGZ)(图1)。来自SVZ的新生神经细胞通过长距离的迁徙到达嗅球，成为那里的中间神经元；来自SGZ的细胞则到达临近的齿状回颗粒细胞层，成为那里的兴奋性神经元。上述现象在哺乳动物脑内终生存在，神经科学研究者称之为脑的神经再生(neurogenesis)，而这些寄居于SVZ和SGZ、具有一定增殖分化潜能的细胞就是脑内的神经祖细胞(neural progenitor cell， NPS)。它们之所以没有被明确称为神经干细胞(neural stem cells， NSCs)，是由于它们在体外培养时所具有的自我更新特征和可以分化为所有类型神经细胞，即神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力并没有从体内得以证实。因此，在这里我们用“神经祖细胞”来总体地描述脑内所有可分裂并具有一定分化能力的细胞。

那么，在大脑的其他区域是否也存在神经再生现象？研究者普遍认为，即使在大脑灰质、脑室的其他部位存在NPS，但由于它们的增殖过于缓慢，也很难被观察到或者加以利用。研究已证实，在脑内广泛存在胶质祖细胞(glial progenitors)，但这些细胞在体内并不能分化成为中枢神经系统最基本的功能单位--神经元[1]。

脑内存在可增殖细胞库和神经再生现象使科学家、甚至公众看到了新的希望：是否可以通过操纵内源性神经再生对许多疾病造成的神经组织损伤起到神经元替代和功能修复作用？为了实现这一目标，科学家们正在对脑内NPS的生物学特征、神经再生的调控机制以及以此为基础的疾病治疗进行夜以继日的研究，并取得了初步进展。

1 脑内NPS的生存微环境和生物学特征

研究者认为，微环境因素可能为NPS的增殖、分化、存活、迁移并进行功能整合提供保障，这种微环境被称作为“神经发生微环境(neurogenic niche)”。在SVZ周围，室管膜细胞表达Noggin蛋白可以通过阻断骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins， BMPs)信号途径促进SVZ的神经再生[2]，室管膜细胞还可能通过色素上皮源性因子(pigment epitheliumderived factor)促进SVZ的NPS自我更新[3]。另外，多巴胺能神经末梢也紧临SVZ的NPS，它们可能通过D2样多巴胺受体促进NPS的增殖[4]。SGZ的NPS紧邻致密的齿状回颗粒层，周围成熟和新生神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和齿状回门区(hilus)的GABA能中间神经元共同参与SGZ的NPS微环境构成。有研究表明，星形胶质细胞可能通过Wnt信号途径调节SGZ的神经再生[5]。另外，脑内NPS的增殖和周围的微血管环境紧密相关，从脑内微血管释放出的一些因子可能直接作用于NPS。

啮齿动物脑内的NPS表达Nestin、GFAP、GLAST和Sox2等标记物，但这些标记物并非NPS所独有。表达这些标记物的细胞是否一定就是NPS，目前尚不能完全确定。

SVZ存在有3种类型的NPS。B型为GFAP阳性的NPS，C型为运输扩增细胞，A型为迁移成神经细胞。其中B型细胞处于相对静止的状态。区分3种类型的细胞主要依靠电镜下的形态学分析，C型和A型细胞还可以通过BrdU、DCX和聚唾液酸神经细胞粘附分子(polysialic acidcontaining neural cell adhesion molecule， PSANCAM)等特异性标记物标记来区分。SVZ的NPS分化潜能是有限的，其后代的命运已经被从神经系统早期发育阶段所得到的生物信息所决定[6]。在正常啮齿动物的大脑，SVZ的细胞与沿着局部血管延伸的基膜相互作用，新生细胞通过RMS(rostral migratory stream)链式迁移路径到达嗅球，并开始放射状的向颗粒细胞层和球旁细胞层迁移[7]。经历形态和功能演变的新生神经元形成功能性GABA受体并最终整合为颗粒神经元和球旁神经元。整个过程大约需要数周时间去完成。这种链式迁移形成一个延伸的细胞聚集带，并被星形胶质细胞所包绕。虽然这些星形胶质细胞在细胞的迁移中并不起关键作用，但它们可能通过调节GABA的水平而影响细胞迁移速度。SVZ三型NPS的功能意义仍不清楚，一些研究者认为它们似乎只是处于不同分化阶段的NPS。

根据形态学和表达的生物标记物不同，SGZ的NPS分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型海马NPS具有长的放射状的突起跨越颗粒细胞层，到达齿状回分子内层，这些细胞表达Nestin、GFAP和SRY蛋白相关的含HMG box的转录因子Sox2等。Ⅱ型海马祖细胞的突起很短，而且不表达GFAP。SUH等[8]新近的研究表明，表达Sox2的海马NPS具有自我更新能力，不仅可以分化成为神经元，还可以分化成星形胶质细胞。首次表明海马的NPS具有NSCs的特征。SGZ的新生细胞通过短距离的迁移达到齿状回的颗粒细胞层。新生的颗粒细胞在GABA的作用下发生去极化和超级化，这对于它们的成熟至关重要。新生细胞在2周时与门区的细胞和CA3区的锥体细胞开始形成突触，在2～4周时开始长出树突棘。大约在第4周，新生细胞已经展现出了成熟颗粒细胞的特征，但实际上，它们的形态和功能变化仍在继续。新生颗粒细胞一旦成熟，它们就像齿状回的其他神经元一样开始接受谷氨酸能和GABA能神经元的投射[910]。

很多新生神经元在它们产生后的4周内死亡。有多种机制参与调节这些新生细胞的存活。事实上，新生神经元是否能够生存和整合，在它们产生后的1～3周内已经被大致确定。因此，有研究者认为，海马新生未成熟神经元和不同形式的学习记忆形成有关。总之，脑内神经再生是经过细胞增殖、早期分化、存活、迁移、终末分化和功能整合等一系列事件，而完成由NPS成为脑局部成熟神经元的过程(图2)。

2 脑内神经再生的调控

脑内神经再生的调控是一个包括细胞外因素和细胞内机制的复杂过程，它是神经再生研究的热点和难点。

2.1 细胞增殖的调节

2.1.1 生长因子

表皮生长因子(epidermal growth factor， EGF)和成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor 2， FGF2)可以强有力地促进体外培养NSCs的增殖。在体内，EGF和FGF2也可以促进SVZ和SGZ的细胞增殖并维持脑内的可增殖细胞库。不仅外源性生长因子有这样的作用，内源性EGF和FGF2对于体外培养和体内NSCs/NPC增殖也是非常重要的[11]。事实上，EGF受体主要表达于介于NSCs和神经前体细胞之间的NPS。转化生长因子α(transforming growth factorα， TGFα)通过SHH(sonic hedgehog)信号途径调节成体脑的神经再生[1213]。另外，脑源性神经营养因子(brainderived neurotrophic factor， BDNF)[14]、胰岛素样生长因子1(insulinlike growth factor1， IGF1)[15]等都是调节脑内细胞增殖的重要因素。

这些生长因子除了可能直接作用于NPS外，也可能作用于其他类型细胞，通过改变NPS的微环境而调节神经再生。学习、锻炼和环境改善对神经再生的促进作用就可能是通过对上述生长因子的调节而实现的。另外，FGF2和TGFα都产生于星形胶质细胞，提示通过胶质细胞途径可能会找到调节它们的途径。

2.1.2 神经递质

脑内神经递质已被明确证实参与脑内的神经再生。内源性5羟色胺(5hydroxytryptamine， 5HT)可以促进SVZ和SGZ的神经再生[16]。研究表明，上述作用部分是由5HT1a受体所介导的[17]，刺激BDNF的表达也是其作用机制之一[18]。另外，5HT能神经在SVZ的带状神经支配可能参与建立NPS的微环境。新近的研究表明，黑质纹状体的多巴胺能系统主要通过其D2受体家族促进SVZ的神经再生[4，19]。还有研究表明，激活D3受体家族也促进了SVZ的神经再生[20]，但这种作用具有种属特异性。从蓝斑向齿状回投射的去甲肾上腺素能神经纤维参与调节海马的神经再生[21]。来自于基底前脑的乙酰胆碱可能通过β2烟碱受体促进齿状回的细胞增殖[2223]，SVZ和临近的纹状体内已经被证实存在高水平的乙酰胆碱，提示乙酰胆碱也可能在SVZ的神经再生中发挥作用，但目前还没有直接证据加以证实。

截至目前，形态学研究没有发现NMDA受体NR1亚基在脑内增殖细胞中的表达，而且，海马的NPS是否表达功能性的NMDA受体也未明确。但海马的细胞增殖却与脑内整体的NMDA受体依赖活动紧密相关。也有研究表明，NMDA受体可以改变脑内神经再生[2425]。GABA可以直接去极化海马Ⅱ型NPS而增加Ca2+内流和神经分化因子NeuroD的表达，提示GABA能神经元的投射可能促进海马Ⅱ型NPS的分化[26]。

我们发现，体外培养的胚胎大鼠神经干细胞表达代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors， mGluRs)的一些亚型，它们是mGluR3、mGluR4、mGluR5、mGluR6和mGluR7，激活这些受体可以明显促进NSCs的增殖；激活mGluR7可以促进NSCs增殖和向神经元的分化，而且，这种作用可能是通过MAPK途径实现的。

由于这些神经递质的受体在NPS的表达还远未明确，因此它们是否直接作用于脑内的NPS还不能确定。

2.1.3 激素

激素及其分泌的昼夜节律在维持脑内细胞增殖中起到重要作用。IGF1促进SGZ细胞增殖的作用可能是通过雌激素介导的[27]；甲状腺素通过α受体促进成体脑内齿状回的细胞增殖[28]；催乳素和TGFα共同促进SVZ的细胞增殖和分化[29]。有研究表明，肾上腺皮质激素对于SGZ的神经再生有两方面的作用：绝对水平的糖皮质激素压制神经再生，而完整的激素分泌日夜节律对于糖皮质激素的下游调节子5HT和NO调节神经再生的作用则是必需的[3031]。

2.1.4 神经细胞因子

细胞因子也会影响脑内的神经再生。睫状节神经营养因子(ciliary neurotrophic factor， CNTF)通过诱导Notch 1促进培养神经前体细胞的增殖[32]。阻断CNTF降低了SVZ的神经再生，表明它是一个内源性神经再生调节因子[33]。IL6在星形胶质细胞的过表达减少了NPS的增殖[34]，这可能是炎症降低神经再生的原因之一。另外，白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor)也可以促进嗅球的神经再生[35]。

2.2 细胞单向迁移的调节

SVZ的新生细胞沿着RMS路径向嗅球迁移，以及SGZ的新生细胞短距离向齿状回颗粒细胞层的迁移是一系列可扩散的化学趋化物、排斥物和局部引导分子协同作用的结果[3639]。趋化因子(chemokines)在定向迁移中起重要的趋化作用，SDF1和其受体CXCR4是参与其中的重要分子。嗅球释放趋化因子Prokineticin 2来引导RMS路径上的成神经细胞[40]。相反，在迁移细胞的尾部，由隔核和脉络丛分泌的神经迁移导向因子slit蛋白则起到排斥的作用[4142]。

在细胞的迁移过程中，保持迁移细胞粘聚在狭窄的迁移路径无疑是重要的。由围绕RMS的胶质细胞管表达分泌的粘蛋白tenascinC的排斥作用可以使迁移的新生细胞聚集在一起[43]。除此之外，还有一些分子也可能参与迁移细胞之间的粘附。有研究表明，Eph/ephrin信号途径在维持迁移链的粘聚中起作用[44]。

细胞外基质在引导细胞迁移中起到关键作用。α6β1整联蛋白和与整联蛋白结合的细胞外基质蛋白，如层粘连蛋白(laminins)，便是发挥这种引导作用的重要分子[4547]。表达于RMS和周边的Neu基因调节剂neuregulins可能通过ErbB4促进成神经细胞的粘附性迁移并引导迁移细胞达到嗅球的颗粒细胞层和球旁细胞层[48]。另外，RMS链式迁移也依赖于迁移细胞表达的PSANCAM[4951]。

在RMS的终点，迁移细胞就会呈辐射状地到达最终目的地。这一过程是由颗粒细胞和嗅球的内丛状层分泌的粘蛋白tenascinR[52]以及僧帽层分泌的reelin[53]所调节的。TenascinR、reelin和促红细胞生成素(erythropoietin)等也在引导迁移细胞转向需要细胞替代的区域中起作用。

2.3 细胞分化和整合的调节

虽然新生神经元可以整合到局部神经网络并成为功能性神经元，但目前对于调节新生细胞表型分化的机制还远未明确。比如，到达嗅球的迁移细胞分化成为GABA能和多巴胺能神经元的比例为9∶1，导致这种差异的原因目前并不清楚。

在体外，BDNF促进胚胎或神经前体细胞向GABA能神经元分化[54]。研究表明，在SVZ联合应用骨形态发生蛋白抑制剂noggin和BDNF导致在新纹状体形成新的GABA能神经元并发出轴突投射到临近的苍白球[55]。

维甲酸(retinoic acid)诱导新生细胞向神经元分化，并且和生长因子或低氧条件一起促进新生细胞分化成为多巴胺能神经元[5657]。有研究表明，RMS迁移路径中转录因子Pax6可能参与细胞向多巴胺能神经元转化的调节机制[58]。

除了生长因子、神经营养因子、神经递质等介导的经典信号途径外，还有一些胞内机制被证实参与NPS的行为调控[59]。例如核受体TLX、Bmi1等转录因子参与生后NSC的维护，转录因子Pax6促进SVZ的NPS分化。缺乏甲基化的CG序列结合蛋白1(methylCpG binding protein 1， MBD1)可导致NPS基因组稳定性的破坏和细胞分化的抑制。另外，和细胞周期调节、DNA修复以及染色体稳定有关的基因都参与成体脑内神经干细胞功能的维护和支持。

3 神经再生和中枢神经系统疾病

脑内神经再生的生理意义尚未阐明。SVZ的神经再生在嗅觉的学习记忆中起到重要作用，SVZ神经再生的减少会导致气味辨别和气味记忆障碍，但二者之间直接的因果关系还有待确定[7，60]。虽然一些研究表明SGZ的神经再生在认知功能中的潜在作用，但也有一些研究得到了否定的结论[59]。

中枢神经系统的很多疾病都会影响SVZ和SGZ的神经再生，但其病理生理意义尚不清楚。癫痫发作可以加剧SGZ的神经再生[61]，新生细胞可以功能性地整合在海马的神经网络中，但却形成了病理性的联结[62]。一些抗癫痫药物可以抑制癫痫发作诱发的神经再生。

啮齿类动物局灶性或全脑缺血均可导致SVZ和SGZ的神经再生[63]。我们运用DiI标记室管膜/室下区细胞，采用累积式的BrdU标记方法标记新生细胞并通过双重免疫荧光染色确定细胞分化，发现局灶性脑缺血后，室管膜、室下区细胞迁移到梗塞区周围并分化成神经元和星形胶质细胞，脑缺血后SVZ附近nNOS的减少可能是促进神经细胞再生的机制之一[64]。我们还发现，NPC在永久性脑缺血后沿胼胝体腹侧向缺血方向迁移，而且bFGF是其存活、增殖和分化的有效丝裂原[65]。

缺血损伤组织释放的各种因子有些是促进神经再生的，有些却对神经再生起到抑制作用，而且这些因子之间也相互作用。脑缺血损伤后新生细胞可以在血管的引导下到达缺血区的边缘并开始表达局部神经元的标记物。这种现象同样存在于中风患者。因此，脑缺血后对神经再生的刺激被认为是脑内的修复现象。但这些新生神经元能在局部存活多长时间，并在多大程度上整合入局部的神经网络还需要进一步的观察研究。

许多中枢神经退行性疾病也会影响脑内的神经再生。对于Alzheimers病模型动物神经再生变化的研究结论尚不一致[66]。在过表达突触前神经末梢膜蛋白αsynuclein的Parkinsons病模型动物，SVZ和SGZ细胞增殖虽然没有显著变化，但新生神经元的存活率却明显降低。Alzheimers患者SGZ[66]、Huntingtons患者SVZ[67]的细胞增殖增加，而在Parkinsons患者，SVZ和SGZ的细胞增殖却明显下降[68]。

炎症反应降低了脑内的神经再生[69]，这种现象也可以被抗炎药物所逆转。脑内反应性胶质细胞增生也阻碍脑内的神经再生。但也有研究表明，不同病理条件下的炎症反应对神经再生的影响也可能是不同的。中枢神经系统的其他疾病，如HIV感染[70]和药物成瘾[71]，也影响成体脑的神经再生。神经再生还和抑郁症有关。一些研究表明，抑郁症压制了SGZ的神经再生，SGZ神经再生的减少也会降低抗抑郁药物治疗的行为学效果[7273]。

上述疾病可以明显影响脑内神经再生以及疾病的病理改变和神经再生的明确相关性，清楚地表明，内源性神经再生具有修复脑病理损伤的潜能。目前，神经再生的调节理论已被逐渐应用于药理学研究，希望通过药物干涉促进疾病后的神经再生、进行损伤神经元的替代，并缓解疾病的症状。也有一些动物研究通过使用神经递质激动剂、生长因子等达到了部分症状缓解目的。我们在对很多相关中药进行的研究筛选后，发现川芎嗪可以显著促进大鼠脑缺血后SGZ、SVZ及皮层内神经干细胞增殖，研究结果还提示抑制nNOS的表达可能是其实现促神经细胞再生的作用的机制之一[7475]。

但就目前的研究进展而言，通过干涉神经再生而达到上述疾病的治疗目的还存在诸多问题：①通过药物刺激神经再生是否有利于疾病的恢复尚不能一概而论。比如癫痫后增加的海马神经再生有助于苔藓纤维芽发等病理性兴奋性神经环路的形成，从而加剧慢性癫痫病理基础的形成。②药物对疾病后神经再生促进作用的研究目前还处于动物模型水平，它们对人类疾病患者是否具有同样的作用还需要进一步的研究资料。③动物实验中，通过口服神经递质激动剂或者局部直接注射生长因子可以促进脑内神经再生，但人类大脑内细胞增殖率远低于啮齿类动物，因此药物干涉能否调集足够的新生神经元而达到替代修复的作用也是需要重视和研究的问题。④从理论上讲，通过刺激细胞增殖并应用化学趋化物可以引导新生细胞到达新纹状体等Parkinson疾病相关脑区，但目前还不能控制这些新生细胞定向分化成为多巴胺能神经元。⑤人脑SVZ到豆状核、纹状体或缺血区的解剖距离较大鼠等啮齿类动物远得多，要使新生细胞定向迁移到这些脑区，需要在刺激细胞增殖的同时应用化学趋化物和引导物，这样的手段能否在患者的病理脑区产生足够的功能性神经元尚需大量的研究工作才能够证实。⑥调节因子的副作用和药代学问题。比如，虽然生长因子加强细胞增殖的效果很明确，但由于生长因子也可刺激错误的细胞，从而会出现身体其他部位的副作用。另外，绝大多数生长因子不能穿透血脑屏障，使药物的应用受到了很大限制。⑦尤其重要的是，药物刺激的神经再生能否使新生细胞在病灶局部达到功能性整合可能是目前及相当长的时间内需要解决的难题。

4 脑内神经再生研究亟需解决的问题

过去几十年的研究已经使人们对成体神经再生有了较为深刻的认识。研究者已经确信神经再生现象存在于几乎所有的哺乳动物；认识到从细胞增殖到新生神经元的功能性整合的再生过程受到了复杂的细胞内机制和外源因素的调控和影响；初步表明了脑内神经再生的行为学功能和与中枢神经系统疾病的联系。

细胞化学元素范文第8篇

关键词：鳞翅目；幼虫；取食抑制素味觉神经元

中图分类号：Q969.42 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.04.040

Research Progress on Deterrent Neurons of Lepidopteran Larvae

ZHOU Dong-sheng，LONG Jiu-mei，TANG Jiao-yu，LIU Jian-hui

（Department of Life Sciences, Hengyang Normal College, Hengyang,Hunan 421008，China）

Abstract: The research progress of deterrent neurons and patterns in lepidopteran larvae were reviewed, and it could be helpful for the pest control.

Key words: Lepidoptera; larvae; deterrent neurons

过去数十年来，有关鳞翅目昆虫幼虫味觉感受器的研究表明，幼虫的中栓锥感受器和侧栓锥感受器是主要的味觉感受器，其中共有8对味觉神经元[1]。 当中就有感受取食抑制素（deterrent）的味觉神经元，这种味觉神经元大多数时候是广谱的，即可以感受不同种类的取食抑制素。取食抑制素神经元对于昆虫幼虫的取食选择行为起着及其重要的作用。

1 取食抑制素味觉神经元

取食抑制素是指植物中的次生性化学物质能够抑制昆虫的取食，与之相对的一个概念是取食刺激素(phago-stimulants)。一般认为，昆虫非寄主植物中的某些特异性次生性化合物抑制了昆虫的取食，就是它的取食抑制素。但取食抑制素和取食刺激素是相对而言的，一种次生性物质在这种植物中作为一种防御手段抑制昆虫取食，也许在另一种植物中却是昆虫识别其作为寄主的信号从而刺激取食。例如黑芥子苷，在十字花科中广泛存在，是大菜粉蝶的寄主植物识别信号物质，刺激大菜粉蝶取食十字花科植物。而同时，黑芥子苷在其他植物中也存在，却是一种常见的取食抑制素。黑芥子苷对烟芽叶蛾Heliothis virescens及其近缘种H. subflexa 就是一种显著的取食抑制素。另外，黑芥子苷对粉纹夜蛾Trichoplusia ni、披肩黏虫Mamestra configurata、黑凤蝶Papillo polyxenes等昆虫的取食行为也有抑制作用[2-3]。

自Ishikawa发现家蚕的取食抑制素味觉神经元以来，目前为止，所有研究的鳞翅目昆虫都有取食抑制素味觉神经元。该味觉神经元识别取食抑制素，在行为上能够引起取食的下降甚至完全抑制取食。尽管取食抑制素细胞是普遍存在的，可是它的反应模式并不那么简单。首先，不同昆虫的取食抑制素味觉神经元的反应模式有很大不同，甚至在十分相近的两个种，抑制素味觉神经元的反应模式也有很大不同。其次，抑制素味觉神经元通常是广谱的反应模式，即可对多个不同种类的化学物质起反应，但是没有例子可以证明它可以对同种化学物质的所有化合物起反应。而在某些情况下，抑制素味觉神经元也表现出一定的专一性[4]。

抑制素味觉神经元在昆虫与植物的关系中有着极其重要的地位，有研究证明，抑制素味觉神经元的反应频率和取食行为之间有着密切的联系[5]。一般来说，昆虫的抑制素味觉神经元可以在较低的浓度下探测到抑制素，大部分昆虫的抑制素味觉神经元对抑制素的反应浓度在1 mmol?L-1以下，有的甚至低到0.000 1 mmol?L-1[6]。这对于它们的生存十分有利。抑制素味觉神经元探测抑制素的浓度是在进化过程中形成的，作为识别非寄主植物的“探测器”，其探测抑制素的浓度应该会与非寄主植物中的特异性次生性化合物抑制素的浓度差不多一致。有些研究者还认为，专食性昆虫对抑制素的反应强于广食性昆虫[4]。另外，取食抑制素味觉神经元相对于取食刺激素味觉神经元(如糖细胞、信号刺激细胞等)在其电生理反应模式上不同。例如，取食抑制素味觉神经元与取食刺激素味觉神经元的反应相比有更大的延迟；取食抑制素味觉神经元在反应起始阶段放电频率会比较慢，而且有随着浓度增加其振幅也会随之增加的现象；取食抑制素味觉神经元的自适应状况比较低，也就是随着反应时间的进行，抑制素味觉神经元还可以维持一个相对较高的频率[1]。

2 盐细胞

细胞化学元素范文第9篇

[关键词] 大鼠；老年性痴呆；芹菜甲素；神经保护

[中图分类号] R-332 [文献标识码]A [文章编号]1674-4721（2009）05（a）-011-03

A study on the mechanism of Donepezil's protection in neuron of hippocampus in mice with Alzheimer’s disease

ZHU Jiying1，WU Hongwei2，WANG Mingqin1，GAO Ying3，ZHOU Yongkun4

(1.The Second Affiliated Hospital, Shandong TCM University, Jinan250001，China; 2.Jinan medical insurance manage office, Jinan250002, China; 3.Jinan medical society, Jinan250031, China; 4.The first hospital attached to Shandong traditional Chinese medical University, Jinan250011, China)

[Abstract] Objective: To study the mechanism of Donepezil's protection in neuron of hippocampus in mice with AD. Methods: The mice were given to D-galactolipin and chlorinate aluminium by intragastric administration to establishchronic Alzheimer's disease rat models, then Donepezil was given by intragastric administration. The behavioral abnormalities were investigated by Y type maze test. The expressions of T-SOD and MDA were measured by a immunohistochemistry technique. The performance and learning ability were observed. Results：Compared with model group, the performance records of learning and memory in Donepezil group were better (all P

[Key words] Mice;Alzheimer's disease;Donepezil;Neuroprotection

现代医学研究表明：AD病理改变主要为tau蛋白异常磷酸化、β-淀粉样蛋白沉积、神经元纤维缠结、神经元颗粒空泡样变性和神经元丢失[1-2]。但病因复杂，发病环节较多，目前认为与神经递质紊乱、基因突变、氧化应激和自由基损伤、钙离子超载、免疫/炎症反应和神经细胞凋亡等多因素有关[3]。本实验在建立注射D-半乳糖(D-gal)致痴呆大鼠的模型基础上,再给予AlCl3连续灌胃造成拟AD复合模型,采用对照研究的方法观察实验动物的行为学、T-SOD、 MDA的活性、细胞内游离钙离子浓度的变化及神经细胞形态学和细胞凋亡的定量分析，探讨神经元凋亡在AD发病过程中的意义及芹菜甲素的防治作用机制。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1 动物及分组清洁级雌雄各半SD大鼠80只（购自中国军事医学科学实验动物中心），月龄2～3个月，质量（280±50）g,通过行为学实验筛选合格的大鼠随机分为：空白对照组、模型组、脑复康组、芹菜甲素组。大鼠用标准实验动物饲料喂养,其中微量元素含量均可满足动物正常生理需求。室温（23±2）℃。

1.1.2主要仪器及试剂结晶三氯化铝（沈阳市试剂三厂，批号：20001201)，D-半乳糖(上海试剂二厂，批号：990927。), 芹菜甲素（太原兴远生化有限公司），T-SOD、MDA试剂盒（南京建成生物工程公司，批号：20001112、20001008）；Fluostar多功能微孔分析仪(德国BMG公司)；流式细胞仪（FACS can型,美国BD公司生产，由总医院提供）。

1.2方法

1.2.1模型制备及药物干预适应性饲养1 周后，空白对照组正常饲养，模型组、脑复康组及芹菜甲素组给予 D-半乳糖 50 mg/（kg・d），颈背部皮下注射，并三氯化铝50 mg/（kg・d）灌胃，连续10周造成亚急性衰老复合模型鼠。造模的同时，芹菜甲素组按 20 mg/（kg・d）、脑复康组按200 mg/（kg・d），灌胃给予，每日1次，连续10周。

1.2.2 Y型迷宫试验利用Y型电迷宫，参照文献[4]方法训练于第10周后开始行迷宫测试，先将大鼠放入迷宫中适应3～5 min，然后无规则次序变换安全区，训练大鼠对安全方位及灯光刺激的辨别能力。大鼠受电击逃到安全区后以大鼠所在区作为下一次测试的起始位置，每日在固定时间（下午3∶00～5∶00）对每只大鼠进行15次训练,连续5 d。以大鼠在足底通电后10 s内一次性跑向安全区为正确反应，否则为错误反应；记录正确次数、正确率及跑至安全区所用时间作为判定大鼠学习记忆的标准。

1.2.3测试后处理于迷宫测试完成后末次给药后12 h，经心室腔穿刺取血。取血后立即断头取脑，去除血液及脑膜，置于液氮罐中保存备用。

1.2.4SOD和MDA测定血液经2%的EDTA抗凝离心后取血清，分别按试剂盒说明书进行测定。

1.2.5观察皮质和海马病理学变化分组取大脑，10%中性缓冲液福尔马林固定4 h以上，石蜡包埋。冠状连续切片8张（4 μm），HE染色, 免疫组化采用SP法，光镜下观察皮质、海马。

1.2.6神经细细胞内游离钙离子浓度的测定剥离脑皮质和海马组织，分别置于DMEM培养液中剪碎，用吸管吹打分散细胞，经300目铜网过滤，离心后弃上清，0.01 mol/L PBS洗涤,台盼蓝排斥试验检查，细胞成活率达90%。细胞悬液在37℃水浴中预温5 min，加入Fura 2・AM-1使终浓度为5 μmol/L，于37℃水浴中恒温振荡40 min进行负载。后以D Hank's液洗涤，并制成1×106/ml的单细胞悬液。采用Fluostar多功能微孔分析仪，激发波长340 nm和380 nm，发射波长505 nm，测定荧光强度，并按文献公式计算出神细细胞内游离钙离子。

1.2.7流式细胞仪检测细胞凋亡的定量分析[5-6]剥离脑皮质和海马组织，在冷70%乙醇中固定。用吸管吹打分散细胞，加入0.25%的胰蛋白酶液,37℃消化30 min,经300目铜网过滤，0.01 mol/L PBS洗涤并制成单细胞悬液，调整细胞密度为1×106/ml。DAB显色，采用TUNEL检测法。将所得数据经Macintosh 650型计算机上用CellQuestPlot软件(BD公司生产)分析数据，分析细胞的凋亡百分率（细胞凋亡率=凋亡细胞/总细胞数×100%）。细胞核棕黄色为凋亡细胞。

1.2.8 统计学处理所有实验数据用SPSS 10.0统计软件处理，采用均数±标准差（x±s）表示，组间比较用单因素方差分析，各实验组均数间的两两比较，若方差齐则采用LSD检验，方差不齐采用Tamhane's T2检验。

2结果

2.1 各组大鼠学习记忆成绩的比较见表1。

2．2 芹菜甲素对拟痴呆大鼠血清中SOD及MDA的影响见表2。

2.3芹菜甲素对拟痴呆大鼠脑组织形态学的影响

HE染色(免疫组化×400)可见空白对照组大鼠皮质、海马区神经细胞数目多，排列紧密、均匀而整齐，胞核呈圆形或椭圆形，染色质均匀，核仁明显；模型组和脑复康组均见不同程度的神经细胞结构松散、数目减少、排列紊乱，胞核深染、固缩，有核仁消失，胞浆周围发现空晕，胞间距较大，并可见不规则形胶质细胞及散在的胶质细胞增生小结，仅见少量正常神经细胞；芹菜甲素组正常神经细胞数目较多，排列较密，胞核圆或椭圆形，染色质丰富，核仁清晰，少见固缩变性的神经细胞。

2.4芹菜甲素对拟痴呆大鼠神经细细胞内游离钙离子浓度的影响

模型组大鼠神经细细胞内游离钙离子浓度较空白对照组升高(P

2.5芹菜甲素对拟痴呆大鼠神经细胞凋亡的影响见表3。

在DNA直方图上，模型组于G0/G1峰左侧出现了一个明显的亚二倍体峰（细胞凋亡峰），表明DNA的降解增多，芹菜甲素组的DNA直方图中也可见到凋亡峰，但显著低于模型组，空白对照组则未见明显的凋亡峰。

3讨论

芹菜甲素为伞形科植物旱芹的干燥成熟果实粉末状提取物的有效成分。铝作为一种神经毒素，可能是导致AD 的病因之一。铝可进入脑内取代钙和镁离子，同氨基酸链上的谷氨酸或精氨酸的羧基结合形成谷氨铝盐或精氨酸铝盐的稳定复合物而沉积于脑内，引起tau蛋白异常磷酸化反应，形成神经元缠结，促进A β的形成而产生老年斑，破坏血、脑脊液屏障及改变脑细胞内溶酶体活性,使自由基生成过多等，最终导致神经元死亡，患者出现记忆、语言、认知功能等进行性智能功能丧失和近记忆力障碍[7]。因为AD的是多成因发病和错综复杂的病理过程，笔者在使用D-半乳糖致亚急性衰老提供的一个老化背景的基础上，再予铝剂模拟AD，以形成多因素复合实验性AD大鼠模型。这样的复合模型可能较以前的单因素AD动物模型更贴近AD复杂的病理变化过程，尤其是更适合用于探讨药物多靶点作用机制和有效药物筛选的研究模型[8]。通过实验提示，该模型在学习记忆、细胞凋亡等方面都表现出广泛的类AD的病理改变。

随年龄的增长，氧自由基的清除能力退化，在体内大量聚积，破坏细胞膜，可诱发细胞凋亡[9]。本实验在应用芹菜甲素后，治疗组较模型组SOD活性升高,MDA 含量降低，表明可能通过减轻脂质过氧化反应，保护酶的活性，达到抗氧化作用，直接或间接清除D-半乳糖和三氯化铝引起的自由基产生增多造成的损害，避免抗氧化性物质消耗导致的脑组织损伤，也从另一个侧面验证了SOD的活性和MDA含量的改变在AD发病中的作用。

随着老龄化的发生，细胞内的Ca2+调控能力逐渐衰退，细胞膜上钙通道开放和细胞内钙库的释放而引起胞内Ca2+呈渐进性增加，钙稳态被破坏[10]。钙超载使兴奋性氨基酸过度释放，产生自由基造成线粒体能量代谢障碍和神经细胞骨架破坏，最终导致神经元死亡[11]。因此阻断细胞钙内流，维持细胞内钙稳态，也是保护细胞正常功能的一个重要手段之一[12]。本实验结果显示，芹菜甲素可以降低拟AD大鼠细胞内的游离钙离子浓度，通过维持细胞内钙稳态，抑制了伴随脑老化产生的钙超载，对神经细胞起到了保护作用。

凋亡是一种细胞主动参与的自毁过程，与细胞坏死有根本区别，它与细胞的增殖共同维持机体正常生长发育和内环境的稳定。在细胞凋亡的诸多诱因中，体内代谢或外源性因素产生的自由基均被证实可诱导细胞凋亡，细胞凋亡可能是机体氧化和抗氧化失衡的结果之一。细胞发生凋亡时,出现明显的核固缩、断裂、凝聚,形成凋亡小体[13]。

本实验研究结果显示通过激光共聚焦的形态学检测和在流式细胞仪DNA定量分析图谱上出现显著的凋亡峰，结合芹菜甲素能提SOD 活性, 降低脂质过氧化产物丙二醛含量, 减轻氧化应激，清除自由基, 维持细胞内钙稳态，抑制神经元凋亡，抗脑萎缩多位点作用, 提示芹菜甲素具有较好的抑制AD发生的作用，也为开发中药及其提取物从多环节防治AD提供了客观的理论依据。

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细胞化学元素范文第10篇

关键词骨质疏松微量元素氟硒锶锌

中图分类号：R592文献标识码：C 文章编号：1006-1533（2012）08-0043-04

人类生长发育、新陈代谢等生命特征的化学及分子生物学本质，实际上是人体与环境进行多种元素交换及不同元素在体内进行代谢的过程。现证实，人体内微量元素平衡失调是疾病发生的病生基础。微量元素与骨质疏松的发病、病理及治疗密切相关。虽微量元素在骨组织的成分中含量甚微，却是人与动物骨骼正常生长发育的必需因子，在调节骨代谢和骨重建中起重要作用。动物实验表明，骨质疏松大鼠在骨矿物质主要成分―钙、磷丢失的同时，微量元素的含量也随之发生改变。目前国内外研究比较多的与骨质疏松相关微量元素有：氟、硒、锶、锌等，其中锶盐已作为防治骨质疏松的新药于2004年在欧洲上市。本文就氟、硒、锶、锌在骨质疏松发病过程中的作用机制作一综述。

1氟与骨质疏松

氟是人体的必需微量元素之一，是一种已知可影响骨形成的非激素因子。氟是生物的钙化作用所必需的物质，适量氟有利于钙和磷的利用及在骨骼中沉积，加速骨骼的形成，增加骨骼的硬度，并降低硫化物的溶解度，对骨骼被吸收起抑制作用。因此氟对儿童的生长发育有促进作用。老年人缺氟时，钙磷的利用受到影响，可导致骨质疏松，因此氟对骨质疏松症有一定预防作用。但人体如果摄人过量的氟会产生氟斑牙、氟骨症。因此氟对骨形成具有双向调节作用。长期小剂量氟可促进骨形成，大剂量可引起骨质疏松或骨硬化[1,2]。

1.1氟在骨形成过程中的直接作用

氟可以取代骨中羟磷灰石中羟基，形成更不溶于酸的氟磷灰石结晶。氟并不能浸润到已形成的骨中，但却在骨质形成期与骨质结合。另外，在正常情况下，羟磷灰石与骨胶原同时形成，在骨质疏松中氟磷灰石结晶与胶原形成交又，所形成的氟磷灰石结晶比羟磷灰石结晶粗大，不易溶解，以致氟磷灰石结晶在转换过程中能较强地拮抗破骨细胞的溶骨，从而抑制骨吸收。碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（BGP)分别是成骨细胞（OB）培养过程中早期和晚期分化的指标。ALP表达随着细胞分化的发展而增强，其作用是水解有机磷释放出无机磷、而作用于羟磷灰石的形成，是骨形成所必需的酶，它的表达代表着骨形成的状况，表明细胞分化的开始[3]。BGP是OB合成和分泌的一种含羧基谷氨酸的非胶原蛋白，是反映OB分化成熟及骨更新状况的一项特异性指标。骨钙素在维持骨的正常矿化，抑制软骨的钙化和不规则晶体沉积中扮演着重要的角色，具有骨代谢调节功能。一方面氟能刺激OB分泌骨钙素，使得有更多的羟磷灰石晶体与之结合并沉积于骨基质，同时由于F半径与OH半径相同，且具有相同电荷，故易使羟磷灰石置换为氟磷灰石，而使更多的氟磷灰石沉积于骨基质[4]。高浓度氟对OB的持续性刺激使产生过量的骨钙素，从而导致过多的氟磷灰石与骨钙素结合，引起骨晶体结构异常而导致骨损害。

1.2氟对成骨细胞的作用

成骨细胞(osteoblast, OB)在氟中毒时成骨细胞系的细胞明显活跃，细胞数增大，胞体肥大。1983年Fareley等[5]首次通过鸡胚骨细胞培养，证实氟化物能直接刺激成骨细胞系的增生和增强碱性磷酸酶(ALP)活性，加强成骨作用。氟还可刺激间充质干细胞向成骨细胞方向分化，诱导骨形成。Dequcker[6]认为氟化物通过对OB的有丝分裂的作用，促使OB沉积形成阶段性的生长速度增加，使OB数量增多，功能增强。Chavassieux[7]等的实验研究表明:氟化物可能作用于骨原细胞或通过辅因子介导的间接机制而起作用。用氟化物治疗的骨质疏松病人骨骼取得的OB也表明，在体外培养显示氟化物对OB有较高的增殖能力。由此推论，在活体内氟化物可通过合成一些局部生长因子间接作用于OB，或者直接作用于成骨细胞系的某些亚群。许多研究表明，氟化物能影响成骨细胞系的分化过程，能使成骨细胞系的ALP活性升高和骨钙素含量增加，能刺激培养人的骨髓基质细胞生成骨钙蛋白(BGP)。李广生等在大鼠氟中毒实验中观察到血清BGP水平明显升高，与ALP活性升高一致。

1.3氟对破骨细胞的作用

目前对于氟对破骨细胞（OC）的作用主要有两种不同的看法，其一认为：氟对破骨细胞主要起抑制其增殖、促进其凋亡的作用。邱明才等[8]的研究表明，氟化钠可呈剂量依赖性的抑制正常和OVX大鼠OC的形成井促进正常和OVX大鼠OC凋亡。其二认为：氟可以增强破骨细胞骨吸收的功能及促进破骨细胞的增殖。李广生等[9]的研究表明：在一定剂量范围内的氟化物可呈剂量依赖性的增加破骨细胞骨吸收陷窝的数目及提高基质金属蛋白酶9（MMP-9）的mRNA和蛋白质的表达而增强破骨细胞骨吸收功能。破骨细胞在氟中毒时常呈活跃增生状态。任立群等[10]在氟中毒大鼠胫近端干髓端用双方形网络细胞试验系统做OC计数，在低钙偏食饲料饲养2个月者，投氟组OC数明显增多;在富钙平衡饲料饲养4个月者，投氟组OC数较对照组亦有一定程度增加，但无统计学意义；只是在富钙平衡饲料饲养2个月者，投氟组OC数反而较对照组减少。表明在多数情况下，氟化物造成的是骨转换增高，破骨性吸收增强。国外研究大多强调氟化物的基本作用是刺激成骨，抑制骨吸收。Belyc曾推测，氟中毒时人骨量增加不仅是由于成骨活动的加强，还可能由于OC数量减少和生命周期缩短。氟化物在什么条件下对OC起抑制作用，又在什么条件下由抑制转为激活，还有待于进一步研究。

2硒与骨质疏松

目前，对硒与骨质疏松关系的研究主要观点认为：硒主要通过硒蛋白的抗氧化效应而起到维护正常骨代谢的作用。在我国的地区，由于土壤中的硒含量过少而导致一种硒缺乏症大骨节病。有研究表明活性氧参与骨质疏松症的发生发展，骨质疏松症患者的整体抗氧化能力比较低，在这些研究中的数据显示骨质疏松症患者的维生素E和GPx水平较正常组低。此外，在肝素诱发骨质疏松的兔模型中，硒与维生素E可以恢复重建的骨结构。硒在体内的活性形式有含硒酶和含硒蛋白，谷胱甘肽过氧化物酶(GSHpx)是含硒酶的一种，是体内的一种预防性的抗氧化剂，主要作用是阻断自由基的生成。此外，硒具有保护细胞、增强细胞膜功能，从而保护细胞间紧密结构，减少铝的吸收而促进排泄，同时促进钙的吸收。因此硒通过改善钙磷代谢增加血钙和骨钙沉积、减少骨盐分解，同时降低机体对铝的吸收，对高铝引发的骨质疏松有一定的保护作用，因而降低骨质疏松的产生和发展。

2.1活性氧与骨质疏松

骨的代谢受间充质细胞来源的成骨细胞和造血系统来源的破骨细胞的影响。后者最终通过细胞溶合分化为多核的巨噬细胞。它们通过整合素作用紧密地吸附在骨表面形成所谓封闭区。其细胞膜的基底面有皱褶，能够分泌氢离子、氯离子和蛋白酶进入一种“细胞外溶酶体”的管腔。在骨吸收的过程中产生大量的活性氧，如果活性氧没有得到足够的区室化或中和，那么它将会损害周围微环境中的细胞与细胞外基质组分。实验表明，由于去卵巢大鼠的雌激素缺乏，导致了骨的活性氧含量增高，进而导致骨质疏松症。另有实验证明，泄出的活性氧可改变成骨细胞功能。因此研究者假定，适当的骨代谢和细胞外基质的质量需要良好的硒蛋白活性，从而能增强抗骨折能力。

2.2硒蛋白是一种良好的抗氧化剂

众所周知，抗氧化剂硒蛋白是谷胱甘肽过氧化物酶1-4和6(GPx)和硫氧还蛋白还原酶1-3(TrxR)蛋白家族[11]。研究者很早就利用放射性硒发现硒蛋白在骨中的表达。研究者发现，几种在人类成骨样细胞中的标记带能部分的被识别为GPxs、SeP、TrxRl和TrxR2。体外试验证明，GPx和TrxR的活性取决于硒的供应。当硒充足时，维生素D可以刺激TrxR的活性。对间充质干细胞(MSC)中硒蛋白表达的分析，前者能分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞，说明间充质干细胞中含有差不多20种硒蛋白的mRNA。研究者在体外试验中可以看到，细胞培养液中含硒量能够影响微核的形成，这表明硒蛋白的活性能够降低遗传毒性。此外，在体外培养的单核细胞、巨噬细胞和破骨细胞的分化过程中表达高水平的抗氧化蛋白(如GPxs)，它的活性很大程度上取决于含硒量。

3锶盐与骨质疏松

锶是骨骼的重要组成成分，它能促进骨骼的发育和类骨质的形成，并有调节钙代谢的作用。雷奈酸锶（SR）对骨的作用有双重性，低剂量的锶能刺激新骨形成，高剂量的锶能引起骨矿化低下。Meunier等在对1 649名患绝经后骨质疏松的妇女进行随机双盲安慰剂对照药物试验，随访3年接受锶化合物治疗的患者椎骨骨折的发生率较安慰剂组明显下降。此外，Seeman等发现锶化合物可以降低年轻妇女和老年妇女椎骨和非椎骨骨折发生率。

3.1锶盐抑制骨吸收及促进骨形成的实验研究

在小鼠颅骨的培养系统中，通过测定钙的排出情况，发现SR(0.1～1 mmol/L)能够抑制骨吸收。Baorn和Tsouderosl进一步验证了SR抑制骨吸收的机理[12]。SR(0.1～1 mmol/L)能够使破骨细胞分化的两项主要指标―碳酸酐酶II和亲玻黏连蛋白受体的表达明显减少，分别下降30.0%～46.0%，30.7%～40.6% (P

3.2锶盐促进成骨、抑制吸骨的分子机制

锶与钙非常相似，具有很高的亲骨性。现已证明了锶可能部分通过作用于钙感受器受体，并且能活化第二信使和细胞丝裂原活化蛋白激酶信号途径发挥作用，从而达到促进前成骨细胞增殖、促进成骨细胞分化和激活、诱导I型胶原的合成及骨化形成[13,14]。虽然其他研究也已证明了可能存在一种新的锶作用于成骨细胞感受器的机制。然而同钙相比，在亲和力及动力学方面，锶和受体的直接相互作用尚未得到明确。最近的研究也证明锶能通过环加氧酶2促进前列腺素E2的产生，促进了骨髓基质细胞的成骨分化。然而并不清楚锶在细胞水平上的干扰机制。现有的研究也表明：锶盐可通过作用于钙感受器受体而促进破骨细胞的凋亡。破骨细胞的功能主要是通过核因子KB受体活化剂(RANK)来调控的，RANK本身是通过存在于成骨细胞的特定配体(RANKL)而活化的。一些研究表明锶能减少RANKL的表达和促进骨保护素的产生，骨保护素和RANKL相竞争的与RANK结合而起到抑制破骨细胞活性的作用。因此锶能抑制RANKL/RANK之间的相互作用，但并不清楚锶是否能直接影响任何已知的在骨重吸收中调控破骨细胞功能的信号途径。

4锌与骨质疏松

锌元素既是骨的组分，又参与骨的代谢过程。由锌决定或影响着的酶有100多种。细胞内锌的含量丰富，主要在细胞核内，近年来发现在mRNA中浓度比总RNA中浓度高许多倍，显示锌与蛋白质合成遗传信息的传递有关。在骨细胞体外培养和断奶鼠口服硫酸锌的实验中均证实锌能增加骨骼胶原蛋白的合成，提高碱性磷酸酶的活性。锌是成骨细胞分化标志性酶--碱性磷酸酶(ALP)的辅基，补锌可增加ALP活性。锌能调节激素对骨代谢的影响。实验证明钙调激素1.25(OH)2D3对断奶鼠骨代谢的调节作用明显因锌的作用而加强，说明锌是骨代谢调节的激活剂。锌具有稳定肥大细胞和抑制内源性肝素颗粒释放的作用，而内源性肝素与骨质疏松病理过程有关。锌缺乏时可降低成骨细胞功能，使胶原和硫酸软膏素合成降低。在许多去势动物模型中提到，锌在骨新陈代谢中具有成骨作用，归功于抑制骨再吸收和刺激骨形成。骨质疏松大鼠骨锌含量明显较正常低。

锌可以调节各种膜上的酶，如ATP。在骨矿化钙沉积过程中，碱性磷酸酶和ATP最为重要，缺锌将使碱性磷酸酶和ATP活性降低，影响骨的代谢[15]。锌能稳定成纤维细胞和溶酶体细胞膜，起保护作用。破骨细胞含有大量的溶酶体，缺锌会使溶酶体膜的稳定性降低，使溶酶体膜发产特异性改变。作为膜的结构成份锌，它的特异功能不能为别的离子所代替。

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细胞化学元素范文第11篇

人体由体细胞和生殖细胞组成。

组成细胞的化学元素总共有几十种，其中碳、氢、氧、氮四种元素含量最多，其次有钙、镁、钾、钠、磷、硫、氯、铁等元素，此外，还有一些微量元素,如铜、锌、碘等。细胞利用这些化学元素合成其基本的化学成分—无机化合物和有机化合物。

人体细胞是人体结构和生理功能的基本单位，是生长、发育的基础。人体细胞形态多样,有球形、方形、柱状形等。其大小差异很大,大多数细胞直径仅有几个微米,有的可达到100微米以上。尽管细胞的形态、大小各异，但其结构基本相同。

（来源：文章屋网 ）

细胞化学元素范文第12篇

【关键词】  ngal基因 食管癌细胞 基因表达调控 tpa反应元件

   0  引言

    ngal（neutrophil gelatinaseassociated lipocalin）基因是lipocalin家族的一个新成员，全长5 869bp，包括7个外显子，位于染色体9q34区域，单拷贝，蛋白编码区长度591bp，编码197个氨基酸。近年有研究证明，ngal基因的蛋白产物具有保护调节基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase9，mmp9）的活性，以及作为小分子铁化合物结合蛋白参与机体铁代谢和天然免疫反应等功能[13]。我们以往研究发现，在tpa（12otetradecanoylphorbol13acetate）诱导永生化食管上皮细胞癌变过程中ngal基因过表达[4]。这提示在食管癌细胞ngal基因转录调控区可能存在着某种tpa反应元件，但具体位置尚不清楚。为此，本文通过双荧光素酶报告基因检测系统对ngal基因5′侧翼416～+84区片段的tpa反应性进行研究，主要目的是检测ngal基因启动子区及其附近是否存在tpa反应元件。这将有助于深入到分子水平揭示食管上皮细胞癌变过程中ngal基因过表达机制。现将有关实验方法与结果报告如下。

    1  材料与方法

    1.1  细胞与细胞培养  食管癌细胞系ec109由中国医学科学院肿瘤研究所林晨研究员惠赠。使用199培养基（invitrogen），在常规条件下传代培养。

    1.2  细菌菌株、质粒及主要试剂  jm109细菌菌株、萤火虫荧光素酶报告基因表达载体pgl3basic(pglb)和pgl3enhancer（pgle）、海肾荧光素酶报告基因表达载体prltk（内参照质粒）、双荧光素酶报告基因分析系统均购自美国promega公司；转染试剂fugene 6 reagent购自德国roch公司。质粒提取试剂盒购自德国qiagen公司。实验质粒pglb416和pgle416，采用pcr法从食管癌细胞sheec(在tpa作用下,由永生化食管上皮细胞恶变而来[5])中克隆出ngal基因5′侧翼区416～+84片段，分别插入到质粒pglb和pgle的xhoⅰ和bglⅱ 双酶切位点，测序鉴定。

    1.3  瞬时转染与tpa诱导实验  采用qiagen公司质粒提取试剂盒分别提取实验质粒pglb416和pgle416、对照质粒pglb和pgle以及内参照质粒prltk，并测定各质粒含量。质粒转染步骤参照文献[6]进行。转染后24h，加入终浓度为5ng/ml的tpa（sigma公司）进行诱导。继续培养24h后，收获细胞。每组实验样品3个实验孔，并至少进行3次重复实验。

    1.4  双荧光素酶活性检测  双荧光素酶活性（dlr）检测按照双荧光素酶报告基因分析系统（promega公司）操作手册及文献[6]所述方法，在td20/20照度计（turner designs 公司）上进行。

    1.5  统计学分析  根据td20/20型照度计配置的软件包计算出各组相对荧光强度（萤火虫荧光素酶/海肾荧光素酶），以此代表荧光素酶活力。各组实验数据均计算平均值及标准差。应用spss 10.0对各组实验数据之间是否有显著性差别进行t检验。

    1.6  生物信息学分析  应用转录因子数据库（     2  结果

    2.1  pglb416或pgle416的表达活性及tpa反应性

    2.1.1  pglb416的表达活性及tpa反应性

    有关实验结果见图1-a。从中可见: (1）在没有tpa作用下，与转染空载体pglb相比，转染pglb416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力极显著升高 (t检验， p<0.01)，约升高6.42倍。(2） 在5ng/ml tpa作用下，与转染空载体pglb相比，转染pglb416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力升高更显著 (t检验， p<0.01)，约升高46.82倍。(3）转染pglb416的食管癌细胞ec109，tpa作用（5ng/ml）与没有tpa作用相比，前者的相对荧光素酶活力极显著升高(t检验， p<0.01)，约升高5.17倍。上述实验结果提示，ngal基因5′侧翼416～+84区段是启动子所在部位，启动基因表达的基础水平很高，而且具有明显的tpa反应性，说明在ngal基因5′侧翼416～+84区段存在较强的tpa反应元件。

    2.1.2  pgle416的表达活性及tpa反应性

    有关实验结果见图1-b。从中可见: (1）在没有tpa作用下，与转染空载体pgle相比，转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力极显著升高 (t检验， p<0.01)，约升高32.25倍。(2）在5ng/ml tpa作用下，与转染空载体pgle相比，转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力升高更显著(t检验， p<0.01)，约升高46.41倍。(3）转染pgle416的食管癌细胞ec109，tpa作用（5ng/ml）与没有tpa作用相比，前者的相对荧光素酶活力极显著升高(t检验， p<0.01)，约升高7.37倍。上述实验结果表明，ngal基因启动子元件接受增强子作用，与之协调的能力是很强的，而且表现出明显的tpa诱导特性。

    2.2  pglb416与pgle416 tpa反应性的比较

    有关实验结果见图2。从中可见: (1）无论是否有tpa作用，与转染pglb416相比，转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力均极显著升高（t检验， p<0.01），约分别升高5.77（没有tpa作用）和7.17（有tpa作用）倍。(2）转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力，有tpa作用与没有tpa作用之间的差值为48.35(55.85～7.50)；相对而言，转染pglb416的则为6.69 (7.79～1.30)，不足前者的1/7。这表明在tpa作用下，与转染pglb416相比，转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力升高的幅度要大得多。这些实验结果提示，在体现应答tpa刺激时ngal基因启动子的作用在增强子协助下会显著增强。

    无论是否有tpa作用，与转染pglb416相比，转染pgle416的食管癌细胞ec109的相对荧光素酶活力均极显著升高（t检验， p<0.01）。上述相对荧光素酶活力检测实验方法同图1。

    2.3  生物信息学分析结果

    应用转录因子数据库（     3  讨论

    我们以往研究发现，ngal基因在人食管上皮细胞癌变中显著过表达[4]，具有促进癌细胞侵袭的功能[7]，同时可能还在癌细胞的不良分化中发挥作用[8]。这些研究结果提示，ngal基因可能是人类的一个重要的新癌基因，但在食管癌等肿瘤细胞中过表达调控的机制不明。

    近年，cowland等[9]研究发现，在ⅱ型肺泡上皮细胞a549培养液中加入细胞因子il1β可诱导ngal基因表达上调10倍以上。而gombart等[10] 则研究发现，c/ebpε因子(增强子元件ccaat特异性结合蛋白因子)缺陷鼠中性粒细胞ngal基因的转录减弱。这些实验结果提示，il1β和c/ebpε等因子的作用分别与ⅱ型肺泡上皮细胞和中性粒细胞中ngal基因的表达相关。然而，我们最近的研究结果表明，在食管癌细胞中，ngal基因的转录与il1β和c/ebpε等因子的作用均没有关系（另文发表）。这提示在食管癌等肿瘤细胞中可能存在着另外一种机制控制着ngal基因的转录。以往我们曾研究证明ngal基因的启动子位于其5′侧翼-152～＋84区段[11]，而通过本文的实验结果来看，在ngal启动子及其附近区域（-416～＋84）存在着tpa反应元件。这说明tpa是导致食管癌细胞ngal基因过表达的一种调节因素。推测tpa可能是通过细胞内信号传递途径激活了某种tpa反应元件结合蛋白，导致ngal基因过表达。

    pglb和pgle是两种不同性质的萤火虫荧光素酶报告基因表达载体。pglb空白载体上无任何的启动子或增强子等基因转录调控元件。把ngal基因5′侧翼-416～＋84区段dna插入pglb，主要目的就是要考查ngal基因的这一区段dna启动基因表达的基础水平。pgle空白载体上插有一个强增强子，即sv40大t抗原基因的增强子。把ngal基因5′侧翼-416～＋84区段dna插入pgle，主要目的就是要考查ngal基因启动子区dna接受增强子作用的能力，评价ngal基因表达的诱导特性。综合本文研究所获得的各项实验结果来看，ngal基因5′侧翼区-416～+84这一区段dna，启动基因表达的基础水平很高，接受增强子作用的能力很强，且表现出非常明显的tpa诱导特性。

    关于tpa反应元件，较早就有研究报道，但效应细胞种类不同，tpa反应元件的序列会有很大变化。迄今被研究报道的tpa反应元件主要有如下三种类型：①ap1复合因子结合型[12]，元件典型序列为tga(c/g)tca， ② gata家族蛋白结合型[13]，元件典型序列为gata box，③ sp1样家族蛋白结合型[14]，元件典型序列为 ggggcggggc。生物信息学分析发现，在ngal基因-416～+84区段存在4个sp1型tpa反应元件，但究竟是哪一个或几个在实际中发挥作用，以及是否存在新的tpa反应元件，均需进一步实验鉴定。最近，我们联合运用定点突变、双荧光素酶报告基因检测系统和凝胶滞留等实验技术手段研究证明，ngal基因的tpa反应元件位于其5′侧翼-95/-94左右，并且很可能是一种新结构类型形式，而ec109食管癌细胞核内也的确存在着某种核蛋白因子能够与ngal基因这一区域的相应片段（-107～-82）相结合（另文发表）。

    总之，在ngal基因-416～+84区段发现存在tpa反应元件是十分有意义的。这既有助于深入到分子水平揭示为什么食管上皮细胞癌变中ngal基因过表达，同时也有助于进一步认识tpa细胞信号传递途径网络在肿瘤发生发展中的作用机制。

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细胞化学元素范文第13篇

【摘要】

目的 研究脑心清及其黄酮成分对海马神经元细胞l?型ca2+通道活性的影响。 方法 采用全细胞记录式(whole?cell model)的膜片钳技术记录海马神经细胞l?型ca2+通道电流变化。 结果 槲皮素、柿叶黄酮、脑心清在5.0～25.0 μg/ml浓度下，均能增加海马锥体神经元全细胞l?型钙通道电流(ica,l)峰值(p<0.01)，增加最大值分别为61.6%,55.3%,52.0%，可使ica,l 的i-v相关曲线下移，但没有电压依赖性特征，也不改变钙通道的电学特征。结论 脑心清及其黄酮成分对海马神经细胞l?型ca2+通道活性有激活增强作用，有利于神经元细胞内钙稳定，发挥抗缺血再灌注损伤的作用。

【关键词】 l 型ca2+通道 脑心清 黄酮 槲皮素 海马神经元 膜片钳技术

abstract:objective to investigate the effects of quercetin,fldk?p70 and naoxingqing (nxq) on l?type calcium channel (ltcc) in the cultured pyramidal neurons isolated from hippocampus.methods calcium currents were recorded in whole?cell patch?clamp mode with quercetin,fldk?p70 and nxq in the measurement medium.results it was found that 5.0～25.0 μg/ml of quercetin,fldk?p70 and nxq enhanced l?type calcium channel current by 61.6%,55.3%,52.0% ，respectively in the cultured neurons. significantly,the quercetin,fldk?p70 and nxq?mediated increases of calcium currents saturated at the concentrations around 100 μg/ml in the cultured neurons.conclusion these findings suggested that the l?type calcium channel in cultured pyramidal neurons could be modulated by quercetin,fldk?p70 and nxq,which might be beneficial to the intracellular calcium homeostasis in the insulted and damaged susceptible neurons under ischemia/reperfusion disorder.

key words:l?type ca2+ channels; hipocamcal pyramidal neurons; naoxinqing (nxq);flavonoids;quercetin;patch?clamp

在复杂的编码细胞内激活细胞凋亡的信号相互作用中，钙起着重要作用。通过内质网、线粒体和其他信号通路，ca2+稳态改变与启动细胞凋亡性死亡密切相关[1，2]。ca2+稳态的调节极其复杂，至今还未明了。近年来研究表明，在控制ca2+稳态的过程中更精细的变化可能对决定细胞生死有深刻影响[3]。ca2+稳态可能是凋亡的基本致病过程中的一个药理靶标。

l?型ca2+通道在海马锥体神经元基底树突和胞体都特别集中，其电流占细胞总钙电流的30%～50%。它们的开放和关闭能有效调节细胞浆内ca2+的水平，而且有证据表明它们还能将钙信号直接传至细胞核[3，4]。l?型ca2+通道的激活可以直接调控一些对神经元存活及其功能所必需的重要基因的表达，如bcl?2和脑源性神经营养因子等[5]。

脑心清(nxq)及其有效成分柿叶黄酮(fldk)都具有抗脑缺血损伤作用[6],通过上调抗氧化基因bcl?2的表达，改善神经细胞氧化还原状态，清除自由基、抗脂质过氧化等方面来发挥其抗缺氧缺血性神经损伤、抗氧化应激和抗兴奋性谷氨酸毒性神经损伤、抗急性脑缺血作用，抑制缺血再灌注引起的脑组织细胞凋亡，保护缺血再灌注引起损伤的脑组织，并能改善缺血再灌注引起损伤的脑组织神经功能[6，7]。本文研究脑心清及其黄酮成分对海马锥体神经元l?型ca2+通道活性的影响，以探讨在ca2+稳态调节方面，脑心清及其黄酮成分抗脑缺血损伤神经保护作用的机制。

1 实验材料

1.1 受试药

脑心清片用干浸膏(以下简称脑心清、nxq)，由广州白云山和记黄埔中药有限公司提供。

脑心清黄酮(fldk)，由脑心清经聚酰胺树脂吸附分离而得，总黄酮类含量77.35%，其中槲皮素类含量34.625%，山柰酚类含量为42.50%(hplc测定),代号fldk?p70。用2% nahco3 溶液加热到80 ℃溶解成含药25 mg/ml的热溶液。

实验所用溶液的ph均用hcl 和naoh溶液调至7.2～7.4,并用0.22 μm的滤膜过滤除去尘粒和细菌。室温保存，用时加pbs稀释至所需浓度即可。

1.2 药品与试剂

阿拉伯糖胞嘧啶、dna酶ⅰ、2?巯基乙醇、mem(modified eagle medium)合成培养基、d?hanks 平衡盐干粉、dmem培养基、胰蛋白酶、胎牛血清、l?谷氨酰胺、多聚赖氨酸(mw70?150kd)均为美国hyclone公司产品。rnase a(sigma):以1 mg/ml的水溶液,经100 ℃煮沸以灭活dna酶活性后,分装冻存于-20 ℃备用。

1.3 大鼠

新生sd乳鼠,24 h龄，体质量约5.5～10 g，清洁级，合格证号：粤检证字第2003a053号，南方医科大学实验动物中心提供。

1.4 主要仪器

leica dmlfs倒置显微镜、mo?203微电极操纵器(mo?203，日本)、axopatch 200b型膜片钳放大器(美国 axon instrument)。

2 实验方法

2.1 新生乳鼠海马神经元的原代培养[4]

无菌条件下，借助于解剖显微镜，取刚出生24 h内的sd乳鼠，分离海马组织，用0.25%胰蛋白酶和0.2%脱氧核糖核酸酶pbs溶液37 ℃孵育消化20 min,并不断摇动,用3倍体积的dmem培养基分散和冲洗,消化的细胞经200目细胞筛过滤后，200×g离心5 min,用血球计数板计数细胞,0. 4%台盼蓝镜检存活率大于95%，以1.5 × 105个/ml的密度种植于涂有多聚赖氨酸(10 μg/ml)的24孔培养皿内,每孔0.4 ml,完全培养基为45% dmem+45% f12+10%胎牛血清的混合液,内含青霉素(100 iu/ml)和链霉素100 μg/ml。正常糖培养液： 含5 mmol/l葡萄糖的完全培养基。在一定湿度的37 ℃恒温的培养箱(5%co2)培养48 h，换培养基去除死细胞，加入终质量浓度为10 μg/ml的阿糖胞苷培养48 h，抑制非神经元细胞生长。然后隔48 h换半量新培养基，继续培养12 d，进行钙通道活性测定。

2.2 膜片钳技术测定海马神经细胞l?型ca2+通道电流[8]

2.2.1 l?型钙通道全细胞钙电流记录的液体配制 细胞浴液(mmol/l)：choline chloride 75; tea?cl(氯化四乙铵，tetraethyl ammonium tea)50;bacl2 5; cscl 5;hepes 10; mgcl2·6h2o 2;d?glucose 10;ttx(河豚毒素，tetrodotoxin) 0.001。用tea?cl调ph 至7.3。电极冲灌液(mmol/l)：csmeth 145; tea?cl 10; egta 10;mgcl2·6h2o 5;hepes 10; cacl2·2h2o 1;mg?atp 5;leupitin 0.1;用csoh调ph 至7.3，过滤除菌，避光保存。

2.2.2 记录用玻璃微电极的制作 用无芯硬质玻璃毛细管坯(gg?15，中科院上海生理所)在垂直微电极拉制仪(p?97拉制器)上用两步法拉制。在其尖端涂布n?trimethyl?silydiethylamine，并进行热抛光。电极尖端直径约为1 μm，内灌电极液后，全细胞记录的电极冲灌电极液后入细胞浴液的电极电阻在2～5 mω为佳;内插泛极化氯化银与膜片钳放大器探头相连。

2.2.3 全细胞式膜片钳记录[10] 将载有海马神经元的载玻片从培养板中取出,在每次实验前均用记录浴槽内的溶液冲洗带有神经细胞的载玻片，以洗去细胞表面上的其他成分，然后置于含有培养液的膜片钳测定专用平台液槽中，加1 ml浴液，实验仅选用状态优良的锥体细胞(贴壁良好、有明显突起、细胞边界清昕、胞浆均匀一致)。

在显微镜下找到优良的单个神经元细胞，通过倒置显微镜和微电极操纵器监视，驱动微电极接近细胞。当微电极尖端刚刚接触到细胞时，稍加负压，使之与细胞膜形成高达10 gω以上的高阻密封即刻形成。

在贴附式基础上，实验中仅选用密封电阻大于5 gω的细胞。再施以负压吸破细胞膜，形成全细胞记录状态,根据需要对串联电阻和电容进行补偿，再进行记录即为全细胞记录[10]。用l?型钙通道特异性阻断剂硝苯地平(nifedipine)和开通剂bay k 8644鉴定所记录的电流为l型钙通道电流。前置放大器的低通滤波设置 1 khz。用 axopatch 200b型膜片钳放大器，调用pclamp软件的clampex程序，由此发出去极化脉冲波，同步采集通道开放电流，一次采集50条曲线存入硬盘。记录时，钳制电压-40 mv施予150 ms,0 mv去极化脉冲，记录ica,l。并给予-70～60 mv的系列去极化脉冲，去极化步距为10 mv，记录钙电流，以各电流幅值对相应电位作图得i-v相关曲线。

2.3 实验分组与药物处理

药物以高浓度溶解在电极液中，实验时加5～20 μl到神经细胞孵育液中，使达到所需浓度。分组：①正常对照：给予溶媒对照。②给药组: 脑心清、fldk?p70 、槲皮素、芦丁，剂量分别为5.0、10.0、20.0 μg/ml。

测定记录正常和给药条件下的海马神经细胞l?型ca2+通道活性的有关参数，记录在电脑软件上。实验在(25±1)℃温度下进行。

2.4 资料分析

全细胞记录的结果可用clampfit软件直接分析。

2.5 统计学处理

数据以(±s)表示,采用非配对t检验，p<0.05为差异有显著性。patch数用n表示。

3 结 果

3.1 海马锥体神经细胞全细胞l?型钙通道电流特性

正常海马锥体神经细胞l?型钙通道多显短暂性开放,在记录时间里,无明显的通道时间依赖性失活;当钳制电压vp为-40 mv时,可见一定的内向电流。不同钳制电压下，有不同的电流值,能被bay k 86444激活，并且被硝苯地平完全抑制。当vp=-10 mv时，l?型钙通道电流ica,l峰值,电流幅度平均值为(-192.7±46.2)pa，见图1、表1。

3.2 脑心清及其黄酮对海马神经元全细胞l?型钙通道电流幅度的影响

脑心清及其黄酮fldk?p70 、槲皮素对海马锥体神经元全细胞l?型钙通道电流幅度的影响见表1、图1-3。表1 脑心清、柿叶黄酮和槲皮素对大鼠海马锥体神经元全细胞l?型钙通道电流的影响注:*vp=-10 mv时，药物处理各组ica,l峰值(电流幅度平均值);与对照组比较:*p<0.05;**p<0.01

槲皮素、柿叶黄酮、脑心清在5.0～25.0 μg/ml浓度下，均能增加海马锥体神经元全细胞l?型钙通道电流(ica,l)峰值(p<0.01)，并呈浓度依赖性增加，增加最大值分别为61.6%,55.3%,52.0%,可使ica,l的i?v相关曲线下移，在不同钳制电压下电流幅度均有增加，但没有电压依赖性特征(不改变i-v相关曲线的形状)，也不改变钙通道的电学特征(最大激活电位在10 mv附近也未改变)，见图1-3和表1。提示它们对海马锥体神经细胞l?型钙通道有激活增强作用，并且这种激活是在钙通道结构和功能没有受到破坏的情况下激活。

对海马锥体神经元全细胞l?型钙通道电流最大幅度增强作用的强度从大到小顺序为槲皮素>柿叶黄酮>脑心清。

4 讨 论

中枢神经系统神经元上存在l、n、p、q、r、t等6种类型的电压依赖型钙通道,它们各自有不同的电生理学特征[3]。本实验由于细胞外液中的ttx选择性地阻断了钠通道，外液中的tea和电极内液中的cs+选择性地阻断了钾通道，所记录到内向电流为钙电流。其开放动力学特征与文献报道高电位激活电压门控性钙通道有相似的电学特征性[3]，是典型的l型钙通道。

近年来，传统的兴奋性毒性所致的ca2+超载学说也受到挑战。虽然细胞凋亡时，大多数情况下，细胞内钙离子浓度是增高的，而且这可能是凋亡中的某些环节所必需[9]。但是，另一方面，通过多种途径提高细胞内钙离子浓度又可以减轻培养的神经元细胞的凋亡，如在培养基中加入低浓度的n?甲基d?门冬氨酸(n?methy?d?aspatrate，nmda)[10],激活电压门控的钙离子通道[1]等措施。

实验发现：在培养的交感神经元，抑制神经元凋亡的钙离子水平为180～240 nmol·l-1[17]，这比在许多细胞中引起细胞中毒的钙离子浓度水平(>5 μmol·l-1)[11]要低得多。年青的、生长因子依赖性很大的交感神经元，其细胞内钙离子浓度比对生长因子依赖性很小的年老交感神经元细胞内钙离子浓度要低。johnson em 等因此提出了一个神经细胞的存活和轴突的生长依赖于细胞内一个适宜的钙浓度的钙调定点学说[1]。认为细胞可能主要有3个不同的钙离子状态：(1)低钙离子状态，此时神经元有凋亡的危险，其存活对生长因子高度依赖;(2)中等浓度钙离子状态，适合细胞的生存，对生长因子的依赖性很小;(3)高钙离子状态，具有细胞毒性[11，13]。

据钙调定点学说，可以推测缺血后谷氨酸受体(glutamate receptor，glur2 /glur?b) 表达下调引起钙离子内流，可能具有细胞保护作用;而且，近年来的研究也表明，短暂的前脑缺血3 d后，细胞内钙离子浓度没有增高，并且电压门控钙通道电流是降低的[14]。koh jy 等报道，皮层神经元持续暴露于电压门控钙离子通道拮抗剂中，或者降低培养基中钙离子浓度都能引起细胞凋亡，这与钙调定点学说一致[15]。

nmda本身也可以减少细胞凋亡，而nmda受体拮抗剂类药物则能增加培养细胞和发育中的啮齿类神经细胞的凋亡。这些结果表明nmda受体拮抗剂类药物对缺血性脑损伤的治疗可能具有双刃剑的效果：一方面可降低由于钙超载引起的兴奋性神经元的坏死; 另一方面则可加重其他细胞内的钙离子缺失而引起细胞凋亡[16]。

李晓明等发现对缺血特别敏感的海马ca1区锥体神经细胞l?型钙通道活性在脑缺血再灌流早期呈瞬时升高(电流增大、开放概率和频率上升)，而在再灌流后期和晚期却持续性降低(电流减小、开放概率和频率下降)，即先激活后抑制，而对缺血不敏感的海马ca3区神经元则无此现象。此外，海马ca1区锥体神经细胞l?型钙通道活性可被细胞外氧化还原状态所调节。细胞外处于高氧化的状态时，l?型钙通道活性明显受抑制，细胞外处于高还原的状态时，l?型钙通道活性受激活(电流增大)，这在脑缺血后期的ca1区锥体神经元上呈得更明显。抗氧剂在脑缺血后期的ca1区锥体神经元上能更显著地增大全细胞l?型电压敏感钙通道电流。提示缺血后晚期l?型电压敏感钙通道的抑制可能是由于通道被氧化所致，且这种抑制可能与自由基参与海马ca1区锥体神经元缺血性神经元迟发性死亡的机制之一[17]。

总之，虽然钙超载和钙缺失是两个相反的状态，但缺血后的不同时间和不同区域，两种情形都可出现，兴奋毒性的钙超载可能主要出现于缺血早期和缺血中心区，而钙缺失和细胞凋亡可能主要出现在缺血后期和缺血边缘区。不同时间和不同区域，不同的损伤程度细胞内的钙离子浓度水平不一样，其细胞命运也不一样。可见细胞内钙的水平与缺血性神经元损伤的关系相当复杂[1，11]。

槲皮素、柿叶黄酮、脑心清均能增加海马锥体神经细胞l?型钙通道的电流幅度，提示它们对海马锥体神经细胞l?型钙通道有激活增强作用。作用强度柿叶黄酮大于脑心清，提示黄酮类是其增加l?型钙通道电流的主要活性成分。

脑心清所含黄酮类和酚酸类成分是其抗脑缺血神经保护的重要活性成分。黄酮类成分和酚酸类成分是天然抗氧化剂，能改善细胞的氧化还原状态和促进细胞抗氧化基因表达[7]，将有助于维护l?型电压依赖性钙通道的正常功能，这对缺血再灌注时缺血敏感神经元的存活有重要保护意义，可能是脑心清抗脑缺血损伤的药理机制之一。但脑心清及其黄酮成分对l?型电压依赖性钙通道的作用是直接激活，还是通过改变细胞外氧化还原状态而激活，还有待进一步研究。

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细胞化学元素范文第14篇

目的 研究脑心清及其黄酮成分对海马神经元细胞l型ca2+通道活性的影响。 方法 采用全细胞记录式(wholecell model)的膜片钳技术记录海马神经细胞l型ca2+通道电流变化。 结果 槲皮素、柿叶黄酮、脑心清在5.0～25.0 μg/ml浓度下，均能增加海马锥体神经元全细胞l型钙通道电流(ica,l)峰值(p<0.01)，增加最大值分别为61.6%,55.3%,52.0%，可使ica,l 的i-v相关曲线下移，但没有电压依赖性特征，也不改变钙通道的电学特征。结论 脑心清及其黄酮成分对海马神经细胞l型ca2+通道活性有激活增强作用，有利于神经元细胞内钙稳定，发挥抗缺血再灌注损伤的作用。

【关键词】 l 型ca2+通道 脑心清 黄酮 槲皮素 海马神经元 膜片钳技术

effect of naoxingqing and its flavonoid components on the ltype ca2+ channel current in the cultured hippocampal pyramidal neurons of rats

bei weijian1,li chuyuan2,wang deqing2,hu dehui3,peng wenlie4,xu anlong4

(1.academy of chinese medicinal sciences,guangdong pharmaceutical college,guangzhou,

guangdong 510006, china; 2.hutchison whampoa guangzhou baiyunshan chinese medicine company

limited,guangzhou,guangdong 510515, china; 3.department of physiology,southern medical

university,guangzhou,guangdong 510515, china; 4.school of life sciences,sun yatsen university,

guangzhou,guangdong 510275, china)abstract:objective to investigate the effects of quercetin,fldkp70 and naoxingqing (nxq) on ltype calcium channel (ltcc) in the cultured pyramidal neurons isolated from hippocampus.methods calcium currents were recorded in wholecell patchclamp mode with quercetin,fldkp70 and nxq in the measurement medium.results it was found that 5.0～25.0 μg/ml of quercetin,fldkp70 and nxq enhanced ltype calcium channel current by 61.6%,55.3%,52.0% ，respectively in the cultured neurons. significantly,the quercetin,fldkp70 and nxqmediated increases of calcium currents saturated at the concentrations around 100 μg/ml in the cultured neurons.conclusion these findings suggested that the ltype calcium channel in cultured pyramidal neurons could be modulated by quercetin,fldkp70 and nxq,which might be beneficial to the intracellular calcium homeostasis in the insulted and damaged susceptible neurons under ischemia/reperfusion disorder.

key words:ltype ca2+ channels; hipocamcal pyramidal neurons; naoxinqing (nxq);flavonoids;quercetin;patchclamp

在复杂的编码细胞内激活细胞凋亡的信号相互作用中，钙起着重要作用。wwW.133229.COm通过内质网、线粒体和其他信号通路，ca2+稳态改变与启动细胞凋亡性死亡密切相关[1，2]。ca2+稳态的调节极其复杂，至今还未明了。近年来研究表明，在控制ca2+稳态的过程中更精细的变化可能对决定细胞生死有深刻影响[3]。ca2+稳态可能是凋亡的基本致病过程中的一个药理靶标。

l型ca2+通道在海马锥体神经元基底树突和胞体都特别集中，其电流占细胞总钙电流的30%～50%。它们的开放和关闭能有效调节细胞浆内ca2+的水平，而且有证据表明它们还能将钙信号直接传至细胞核[3，4]。l型ca2+通道的激活可以直接调控一些对神经元存活及其功能所必需的重要基因的表达，如bcl2和脑源性神经营养因子等[5]。

脑心清(nxq)及其有效成分柿叶黄酮(fldk)都具有抗脑缺血损伤作用[6],通过上调抗氧化基因bcl2的表达，改善神经细胞氧化还原状态，清除自由基、抗脂质过氧化等方面来发挥其抗缺氧缺血性神经损伤、抗氧化应激和抗兴奋性谷氨酸毒性神经损伤、抗急性脑缺血作用，抑制缺血再灌注引起的脑组织细胞凋亡，保护缺血再灌注引起损伤的脑组织，并能改善缺血再灌注引起损伤的脑组织神经功能[6，7]。本文研究脑心清及其黄酮成分对海马锥体神经元l型ca2+通道活性的影响，以探讨在ca2+稳态调节方面，脑心清及其黄酮成分抗脑缺血损伤神经保护作用的机制。

1 实验材料

1.1 受试药

脑心清片用干浸膏(以下简称脑心清、nxq)，由广州白云山和记黄埔中药有限公司提供。

脑心清黄酮(fldk)，由脑心清经聚酰胺树脂吸附分离而得，总黄酮类含量77.35%，其中槲皮素类含量34.625%，山柰酚类含量为42.50%(hplc测定),代号fldkp70。用2% nahco3 溶液加热到80 ℃溶解成含药25 mg/ml的热溶液。

实验所用溶液的ph均用hcl 和naoh溶液调至7.2～7.4,并用0.22 μm的滤膜过滤除去尘粒和细菌。室温保存，用时加pbs稀释至所需浓度即可。

1.2 药品与试剂

阿拉伯糖胞嘧啶、dna酶ⅰ、2巯基乙醇、mem(modified eagle medium)合成培养基、dhanks 平衡盐干粉、dmem培养基、胰蛋白酶、胎牛血清、l谷氨酰胺、多聚赖氨酸(mw70150kd)均为美国hyclone公司产品。rnase a(sigma):以1 mg/ml的水溶液,经100 ℃煮沸以灭活dna酶活性后,分装冻存于-20 ℃备用。

1.3 大鼠

新生sd乳鼠,24 h龄，体质量约5.5～10 g，清洁级，合格证号：粤检证字第2003a053号，南方医科大学实验动物中心提供。

1.4 主要仪器

leica dmlfs倒置显微镜、mo203微电极操纵器(mo203，日本)、axopatch 200b型膜片钳放大器(美国 axon instrument)。

2 实验方法

2.1 新生乳鼠海马神经元的原代培养[4]

无菌条件下，借助于解剖显微镜，取刚出生24 h内的sd乳鼠，分离海马组织，用0.25%胰蛋白酶和0.2%脱氧核糖核酸酶pbs溶液37 ℃孵育消化20 min,并不断摇动,用3倍体积的dmem培养基分散和冲洗,消化的细胞经200目细胞筛过滤后，200×g离心5 min,用血球计数板计数细胞,0. 4%台盼蓝镜检存活率大于95%，以1.5 × 105个/ml的密度种植于涂有多聚赖氨酸(10 μg/ml)的24孔培养皿内,每孔0.4 ml,完全培养基为45% dmem+45% f12+10%胎牛血清的混合液,内含青霉素(100 iu/ml)和链霉素100 μg/ml。正常糖培养液： 含5 mmol/l葡萄糖的完全培养基。在一定湿度的37 ℃恒温的培养箱(5%co2)培养48 h，换培养基去除死细胞，加入终质量浓度为10 μg/ml的阿糖胞苷培养48 h，抑制非神经元细胞生长。然后隔48 h换半量新培养基，继续培养12 d，进行钙通道活性测定。

2.2 膜片钳技术测定海马神经细胞l型ca2+通道电流[8]

2.2.1 l型钙通道全细胞钙电流记录的液体配制 细胞浴液(mmol/l)：choline chloride 75; teacl(氯化四乙铵，tetraethyl ammonium tea)50;bacl2 5; cscl 5;hepes 10; mgcl2·6h2o 2;dglucose 10;ttx(河豚毒素，tetrodotoxin) 0.001。用teacl调ph 至7.3。电极冲灌液(mmol/l)：csmeth 145; teacl 10; egta 10;mgcl2·6h2o 5;hepes 10; cacl2·2h2o 1;mgatp 5;leupitin 0.1;用csoh调ph 至7.3，过滤除菌，避光保存。

2.2.2 记录用玻璃微电极的制作 用无芯硬质玻璃毛细管坯(gg15，中科院上海生理所)在垂直微电极拉制仪(p97拉制器)上用两步法拉制。在其尖端涂布ntrimethylsilydiethylamine，并进行热抛光。电极尖端直径约为1 μm，内灌电极液后，全细胞记录的电极冲灌电极液后入细胞浴液的电极电阻在2～5 mω为佳;内插泛极化氯化银与膜片钳放大器探头相连。

2.2.3 全细胞式膜片钳记录[10] 将载有海马神经元的载玻片从培养板中取出,在每次实验前均用记录浴槽内的溶液冲洗带有神经细胞的载玻片，以洗去细胞表面上的其他成分，然后置于含有培养液的膜片钳测定专用平台液槽中，加1 ml浴液，实验仅选用状态优良的锥体细胞(贴壁良好、有明显突起、细胞边界清昕、胞浆均匀一致)。

在显微镜下找到优良的单个神经元细胞，通过倒置显微镜和微电极操纵器监视，驱动微电极接近细胞。当微电极尖端刚刚接触到细胞时，稍加负压，使之与细胞膜形成高达10 gω以上的高阻密封即刻形成。

在贴附式基础上，实验中仅选用密封电阻大于5 gω的细胞。再施以负压吸破细胞膜，形成全细胞记录状态,根据需要对串联电阻和电容进行补偿，再进行记录即为全细胞记录[10]。用l型钙通道特异性阻断剂硝苯地平(nifedipine)和开通剂bay k 8644鉴定所记录的电流为l型钙通道电流。前置放大器的低通滤波设置 1 khz。用 axopatch 200b型膜片钳放大器，调用pclamp软件的clampex程序，由此发出去极化脉冲波，同步采集通道开放电流，一次采集50条曲线存入硬盘。记录时，钳制电压-40 mv施予150 ms,0 mv去极化脉冲，记录ica,l。并给予-70～60 mv的系列去极化脉冲，去极化步距为10 mv，记录钙电流，以各电流幅值对相应电位作图得i-v相关曲线。

2.3 实验分组与药物处理

药物以高浓度溶解在电极液中，实验时加5～20 μl到神经细胞孵育液中，使达到所需浓度。分组：①正常对照：给予溶媒对照。②给药组: 脑心清、fldkp70 、槲皮素、芦丁，剂量分别为5.0、10.0、20.0 μg/ml。

测定记录正常和给药条件下的海马神经细胞l型ca2+通道活性的有关参数，记录在电脑软件上。实验在(25±1)℃温度下进行。

2.4 资料分析

全细胞记录的结果可用clampfit软件直接分析。

2.5 统计学处理

数据以(±s)表示,采用非配对t检验，p<0.05为差异有显著性。patch数用n表示。

3 结 果

3.1 海马锥体神经细胞全细胞l型钙通道电流特性

正常海马锥体神经细胞l型钙通道多显短暂性开放,在记录时间里,无明显的通道时间依赖性失活;当钳制电压vp为-40 mv时,可见一定的内向电流。不同钳制电压下，有不同的电流值,能被bay k 86444激活，并且被硝苯地平完全抑制。当vp=-10 mv时，l型钙通道电流ica,l峰值,电流幅度平均值为(-192.7±46.2)pa，见图1、表1。

3.2 脑心清及其黄酮对海马神经元全细胞l型钙通道电流幅度的影响

脑心清及其黄酮fldkp70 、槲皮素对海马锥体神经元全细胞l型钙通道电流幅度的影响见表1、图1-3。表1 脑心清、柿叶黄酮和槲皮素对大鼠海马锥体神经元全细胞l型钙通道电流的影响注:*vp=-10 mv时，药物处理各组ica,l峰值(电流幅度平均值);与对照组比较:*p<0.05;**p<0.01

槲皮素、柿叶黄酮、脑心清在5.0～25.0 μg/ml浓度下，均能增加海马锥体神经元全细胞l型钙通道电流(ica,l)峰值(p<0.01)，并呈浓度依赖性增加，增加最大值分别为61.6%,55.3%,52.0%,可使ica,l的iv相关曲线下移，在不同钳制电压下电流幅度均有增加，但没有电压依赖性特征(不改变i-v相关曲线的形状)，也不改变钙通道的电学特征(最大激活电位在10 mv附近也未改变)，见图1-3和表1。提示它们对海马锥体神经细胞l型钙通道有激活增强作用，并且这种激活是在钙通道结构和功能没有受到破坏的情况下激活。

对海马锥体神经元全细胞l型钙通道电流最大幅度增强作用的强度从大到小顺序为槲皮素>柿叶黄酮>脑心清。

4 讨 论

中枢神经系统神经元上存在l、n、p、q、r、t等6种类型的电压依赖型钙通道,它们各自有不同的电生理学特征[3]。本实验由于细胞外液中的ttx选择性地阻断了钠通道，外液中的tea和电极内液中的cs+选择性地阻断了钾通道，所记录到内向电流为钙电流。其开放动力学特征与文献报道高电位激活电压门控性钙通道有相似的电学特征性[3]，是典型的l型钙通道。

近年来，传统的兴奋性毒性所致的ca2+超载学说也受到挑战。虽然细胞凋亡时，大多数情况下，细胞内钙离子浓度是增高的，而且这可能是凋亡中的某些环节所必需[9]。但是，另一方面，通过多种途径提高细胞内钙离子浓度又可以减轻培养的神经元细胞的凋亡，如在培养基中加入低浓度的n甲基d门冬氨酸(nmethydaspatrate，nmda)[10],激活电压门控的钙离子通道[1]等措施。

实验发现：在培养的交感神经元，抑制神经元凋亡的钙离子水平为180～240 nmol·l-1[17]，这比在许多细胞中引起细胞中毒的钙离子浓度水平(>5 μmol·l-1)[11]要低得多。年青的、生长因子依赖性很大的交感神经元，其细胞内钙离子浓度比对生长因子依赖性很小的年老交感神经元细胞内钙离子浓度要低。johnson em 等因此提出了一个神经细胞的存活和轴突的生长依赖于细胞内一个适宜的钙浓度的钙调定点学说[1]。认为细胞可能主要有3个不同的钙离子状态：(1)低钙离子状态，此时神经元有凋亡的危险，其存活对生长因子高度依赖;(2)中等浓度钙离子状态，适合细胞的生存，对生长因子的依赖性很小;(3)高钙离子状态，具有细胞毒性[11，13]。

据钙调定点学说，可以推测缺血后谷氨酸受体(glutamate receptor，glur2 /glurb) 表达下调引起钙离子内流，可能具有细胞保护作用;而且，近年来的研究也表明，短暂的前脑缺血3 d后，细胞内钙离子浓度没有增高，并且电压门控钙通道电流是降低的[14]。koh jy 等报道，皮层神经元持续暴露于电压门控钙离子通道拮抗剂中，或者降低培养基中钙离子浓度都能引起细胞凋亡，这与钙调定点学说一致[15]。

nmda本身也可以减少细胞凋亡，而nmda受体拮抗剂类药物则能增加培养细胞和发育中的啮齿类神经细胞的凋亡。这些结果表明nmda受体拮抗剂类药物对缺血性脑损伤的治疗可能具有双刃剑的效果：一方面可降低由于钙超载引起的兴奋性神经元的坏死; 另一方面则可加重其他细胞内的钙离子缺失而引起细胞凋亡[16]。

李晓明等发现对缺血特别敏感的海马ca1区锥体神经细胞l型钙通道活性在脑缺血再灌流早期呈瞬时升高(电流增大、开放概率和频率上升)，而在再灌流后期和晚期却持续性降低(电流减小、开放概率和频率下降)，即先激活后抑制，而对缺血不敏感的海马ca3区神经元则无此现象。此外，海马ca1区锥体神经细胞l型钙通道活性可被细胞外氧化还原状态所调节。细胞外处于高氧化的状态时，l型钙通道活性明显受抑制，细胞外处于高还原的状态时，l型钙通道活性受激活(电流增大)，这在脑缺血后期的ca1区锥体神经元上呈得更明显。抗氧剂在脑缺血后期的ca1区锥体神经元上能更显著地增大全细胞l型电压敏感钙通道电流。提示缺血后晚期l型电压敏感钙通道的抑制可能是由于通道被氧化所致，且这种抑制可能与自由基参与海马ca1区锥体神经元缺血性神经元迟发性死亡的机制之一[17]。

总之，虽然钙超载和钙缺失是两个相反的状态，但缺血后的不同时间和不同区域，两种情形都可出现，兴奋毒性的钙超载可能主要出现于缺血早期和缺血中心区，而钙缺失和细胞凋亡可能主要出现在缺血后期和缺血边缘区。不同时间和不同区域，不同的损伤程度细胞内的钙离子浓度水平不一样，其细胞命运也不一样。可见细胞内钙的水平与缺血性神经元损伤的关系相当复杂[1，11]。

槲皮素、柿叶黄酮、脑心清均能增加海马锥体神经细胞l型钙通道的电流幅度，提示它们对海马锥体神经细胞l型钙通道有激活增强作用。作用强度柿叶黄酮大于脑心清，提示黄酮类是其增加l型钙通道电流的主要活性成分。

脑心清所含黄酮类和酚酸类成分是其抗脑缺血神经保护的重要活性成分。黄酮类成分和酚酸类成分是天然抗氧化剂，能改善细胞的氧化还原状态和促进细胞抗氧化基因表达[7]，将有助于维护l型电压依赖性钙通道的正常功能，这对缺血再灌注时缺血敏感神经元的存活有重要保护意义，可能是脑心清抗脑缺血损伤的药理机制之一。但脑心清及其黄酮成分对l型电压依赖性钙通道的作用是直接激活，还是通过改变细胞外氧化还原状态而激活，还有待进一步研究。

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细胞化学元素范文第15篇

[关键词] 巴戟天；骨代谢；实验研究；综述

[中图分类号] R285.5 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2013）22-27-04

Advances in experimental research of morinda officinalis on bone metabolism

LI Yunhai WANG Yafei WEI Zhiqiang ZHANG Qingfeng JIANG Zhuonan BAI Liqun

Eastern Orthopaedic Hospital of Beijing University of Traditional Chinese Medicine，Beijing 100078， China

[Abstract] A system review of morinda officinalis's effect on bone metabolism， provides a new method for further study. The efficient ingredient of Morinda officinalis is able to promote the proliferation of the bone marrow stromal cells（BMSCs） and osteoblasts， which can restrain the apoptosis of the osteoblasts and the bone resorption of the osteoclasts. Especially， morinda officinalis has various of microelement that bone metabolism needs. We should enhance the experimental research of the Morinda officinalis's effect inside human body.

[Key words] Morinda officinalis； Bone metabolism； Experimental research； Review

巴戟天（Morinda officinalis How）又名鸡眼藤、百眼藤、三角藤、黑藤钻、土藤、糠藤、鸡肠风、猫肠筋、兔儿肠、兔仔肠等，为双子叶植物纲茜草科植物。巴戟天以根入药，我国著名的四大南药之中即有其地位。巴戟天最早载于我国现存最早的药物学专著《神农本草经》中，曰其味辛微温，“治大风邪气，阴痿不起，强筋骨，安五脏，补中增志益气”[1]。我国中医药学中认为其味甘、辛，性微温；归肾、肝经；具有补肾阳，强筋骨，祛风湿之功效；用于阳痿遗精，宫冷不孕，月经不调，少腹冷痛，风湿痹痛，筋骨痿软[2]。根据近年来现代药理学研究显示[3]，巴戟天具有多种药理活性，包括调节免疫、抗氧化、抗炎镇痛、抗焦虑抑郁、强壮骨骼、调节心血管及生殖系统功能以及抗肿瘤等的药理活性。并且其化学成分较为复杂，现有研究已分离出24种无机元素以及11类化合物[3-4]，其中巴戟天醇提取物中含蒽醌类化合物、B-谷甾醇、水晶兰甙、环烯醚萜苷类、黄酮等有效成分，而其水提取物中含有维生素C、糖类、氨基酸等多种有效成分。当前，巴戟天对调节骨代谢作用的研究取得了一定进展，本资料将对巴戟天对骨代谢相关作用的相关实验研究作一综述，为进一步研究巴戟天在骨科领域，特别是骨代谢相关实验研究和临床研究提供理论依据。

1 巴戟天的对骨髓基质细胞增殖的促进作用

骨髓基质细胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）是一种间充质细胞，其来源于骨髓基质，它可向不同的中胚层组织细胞分化，例如成骨细胞、成软骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞等[5]。

凌昆等[6]将巴戟天中分离出的各组分对大鼠骨髓基质细胞进行培养72 h后，以MMT法检测其A值。结果显示，其中的某些成分对骨髓基质细胞的增殖具有促进作用。但其具体成分尚不明确，可进一步进行研究。

近年来研究显示[7]，核心结合因子α1（core-banding factor α1，Cbfα1）为骨形成的关键基因之一，它对成骨前体细胞以及非成骨细胞上的与成骨分化相关的基因的表达进行调和，而对其向成骨细胞的分化具促进作用。胚胎时期的骨发育期的间充质细胞凝集阶段时Cbfα1基因即开始表达，而无成骨细胞的发生也由此时期此关键基因的表达缺失导致[8]。王和鸣等[9]研究表明，成骨细胞的自骨髓基质细胞分化而来的过程也与Cbfα1基因关系密切，巴戟天水提取物及其醇提取物皆可以增强此过程中Cbfα1基因的表达，而且巴戟天醇提取物的促进作用强于巴戟天水提取物。黄胜杰[10]等研究也表明，特定浓度的巴戟天提取物可促进体外培养成骨分化。这说明对骨髓基质细胞的成骨分化的促进作用即为巴戟天所具有的补肾、强筋骨的作用机制可能性较大。

2 巴戟天促进成骨细胞增殖并抑制其凋亡的作用

骨代谢中骨量的维持主要由两种主要细胞来完成，即成骨细胞（osteoblast，OB）介导的骨形成和破骨细胞（osteoclast，OC）介导的骨吸收[11]。成骨细胞是骨组织形成中的重要功能细胞，由间充质细胞分化而来，它能够合成I型胶原，进而生成分泌骨基质，属于蛋白分泌型细胞；它具有较高的碱性磷酸酶（ALP）活性，它还可以对钙离子进行吸收和转运，故而对骨形成和骨重建具有重要意义。成骨细胞变形离开骨面后破骨细胞附着其上进行骨吸收，而后成骨细胞再于骨吸收形成的凹陷处分泌合成非胶原蛋白和骨基质，从而参与骨形成[12]。骨吸收和骨形成之间的平衡被破坏可由成骨细胞被破坏所导致，一旦如此则进入病态，多种骨疾患的发生多由此导致，并可能导致骨代谢的障碍[13]。例如赵星辰等[14]研究发现，低氧等因素可诱导机体产生低氧诱导因子α1，进而通过Osterix因子、表皮生长因子、骨形态发生蛋白、前列腺素2及其受体EP1影响成骨细胞的生成，进而影响骨代谢的平衡。故而，骨形成过程中重要的功能细胞――成骨细胞，它的状态和功能的重要性在骨形成的过程中凸显出来，而巴戟天具有较强的抑制成骨细胞凋亡并促进成骨细胞的增殖的作用。

细胞凋亡（apoptosis）为一种程序性细胞死亡（PCD），它是一种细胞自身的主动的、有序的一种死亡方式，多由内环境或外环境所激发而启动，其过程与精确的基因转录以及蛋白质合成密切相关。而构成组织的细胞发生凋亡过早或过迟的话，均将影响组织机能的运作。相关研究提示[15]，发生骨质疏松症与异常凋亡的成骨细胞关系密切。张莉莉等[16]研究显示，生长因子等细胞因子在骨髓局部微环境中对成骨细胞的生存时间的调节与维持内环境的稳定可能关系密切。细胞因子的改变可以由人体营养、内分泌、炎症、应力变化等原因引起，而骨吸收也可以由细胞因子对成骨细胞发生异常凋亡的诱导而导致，致使“耦联”细胞数量失调，最终导致骨质疏松。故而，对成骨细胞的凋亡的干预与调节骨代谢进而对骨质疏松的预防意义重大。

王和鸣等[17]通过实验证实，巴戟天及其水提物和醇提物可以对骨髓基质细胞分化为成骨细胞进行诱导，将巴戟天醇提物和水提物的含药血清在经典成骨诱导组（地塞米松、B-甘油磷酸钠、维生素C）中进行培养，对骨髓基质细胞分化为成骨细胞的过程具有较为明显的促进作用，其中巴戟天醇提取物的作用较水提取物为强。李楠等[18]研究显示，巴戟天多糖含药血清可以在一定程度上保护由反全式维酸钾（ATRA）所诱导的成骨细胞凋亡，而巴戟天水提物对此过程的保护作用则弱于巴戟天多糖。这说明巴戟天多糖是巴戟天抑制成骨细胞凋亡的主要成分之一。

正常机体组织中基本都存在有转化生长因子，而转化生长因子又富含于骨组织中，其中转化生长因子β含量最为丰富。而转化生长因子β与骨质疏松症的发生密切相关[15]。有研究证实，成骨细胞转化生长因子Cbfα1mRNA[19]和βmRNA[20]的表达可以由巴戟天多糖以及巴戟天水提取物显著地促进。同时，成骨细胞分泌ALP以及BGP也可由巴戟天促进；巴戟天可以促进转化生长因子β1的表达，进而促使成骨细胞大量分泌I型胶原，促进机体钙盐的沉积[21]。成骨细胞其数量增长并不依靠其本身分裂，而是完全由于其前身细胞的增殖、分化才得以增加，但是在试验中，体外培养的成骨细胞是可以进行分裂增殖的。李楠等[22]采用MMT法检测成骨细胞增殖和巴戟天多糖、巴戟天水提物的关系。结果发现巴戟天多糖对促进成骨细胞的增殖的作用明显优于巴戟天水提物，其二者均可明显促进体外培养成骨细胞的增殖。崔可赜等[23]研究发现巴戟天多糖不仅可明显促进成骨细胞的增殖分化能力，且可降低能够抑制骨形成的DKK-1蛋白的表达，进而防治骨质疏松的发生。故而可以认为巴戟天多糖具有有效促进成骨细胞增殖的作用。

3 巴戟天对破骨细胞活性的影响

破骨细胞（osteoclast， OC）的主要功能为骨吸收的负责，属于特殊类型的多核巨细胞，由骨髓造血系统中单核-巨噬细胞系发育而来。骨髓微环境中单核的破骨细胞前体细胞相互融合，形成多核细胞，进而分化为破骨细胞。破骨细胞性骨吸收一般通过以下两个途径来实现[24]：（1）分泌水解酶等来溶解吸收骨基质；（2）分泌酸性物质对骨中无机质进行降解。

郑素玉等[25-26]研究发现，巴戟天含药血清可以明显抑制RANK、CAII、NFAT2mRNA的表达，进而抑制破骨细胞的骨吸收功能。鲍蕾蕾等[27]的研究表明破骨细胞的形成、分化和骨细胞的破坏吸收可由巴戟天蒽醌类化合物显著抑制，但它并不会显著影响成骨细胞。但巴戟天多糖、蒽醌类成分在体内如何作用进而保证骨质不流失有待研究。吴岩斌等[28]将八类从巴戟天中分离出的蒽醌化合物分别对成骨细胞和破骨细胞进行作用，以研究巴戟天对骨质疏松的对抗作用中的活性成分。结果表明，它们所有八类均可对破骨细胞TRACP的活性进行抑制，进而影响骨吸收作用，其中香豆素莨菪亭对新生大鼠成骨细胞增殖以及成骨细胞ALP的活性具有明显的促进作用，并且对破骨细胞TRACP的活性具有明确的抑制作用；而1，3，8 -三羟基-2-甲氧基蒽醌、大黄素甲醚的抑制破骨细胞骨吸收作用则较其他化合物为强。说明巴戟天中巴戟天蒽醌可以对抗骨质疏松。

4 巴戟天中微量元素的研究

以往的研究表明，钙、磷等元素的代谢密切相关于骨质疏松症，而人体骨骼中还必需铁、锰、锌、铜、钼、铬、硒等各种微量元素。动物实验表明，骨质疏松的大鼠模型的骨组织中，磷、钙、镁等宏量元素降低可明确引发锰、锌、铁、铜等微量元素的降低，而骨质疏松症的发生也可能与这些微量元素的含量减少密切相关[29]。近年来研究显示[30]，人体内Cu含量的减少也可能和骨质疏松症的发生密切相关。将巴戟天及其水煎液中的22种微量元素Cu、Cr、Zn、Mn、Se、Co、Sn、Ni、Cd、As、Pb等的含量以电感耦合等离子体质谱法进行测定，其结果提示，巴戟天药材样品中人体所必需的元素Fe、Zn、Mn的含量较为丰富[31]。罗盛旭等[32]分析了巴戟天中微量元素的含量，结果显示，巴戟天中元素含量由多至少依次为Mn、Fe、Zn、Pb、Cu等。而许多酶系统中，Mn是其中重要的活化剂，而且它密切相关于骨骼的形成、造血系统的正常运转，可以促进生长发育，并且Mn与硫酸软膏素合成的酶系统关系密切，可以参与活化其酶系统，进而促进合成骨质。当人体内Mn的含量缺乏时，将增强破骨细胞的活性，而降低成骨细胞的活性，成骨细胞和破骨细胞之间的动态平衡遭到破坏，进而出现骨质疏松[33]。且有实验表明，去卵巢大鼠股骨中Mn、Zn、Mg、Ca、Fe、Cu、P的浓度可由巴戟天的作用而升高[34]。以上研究结果均进一步佐证了巴戟天对于骨生长的促进作用。

5 巴戟天与免疫相关的研究

骨骼免疫学（Osteoimmunology）作为相关领域中的一个交叉学科还是比较新出现的，界内对骨骼系统与免疫系统的相关性已经较为认可 [35]。杨宏健等[36]发现，刀豆蛋白A（ConA）对T淋巴细胞的增殖和巨噬细胞吞噬功能进行诱导，再将巴戟天对其进行作用，二者的结果提示它们均被较有效地促进和增强。赵辉等[37]发现，ConA活化的人体淋巴细胞的增殖可被巴戟天促进，而小鼠巨噬细胞产生TNF的水平也可被其提高；并且淋巴细胞的转化率、NK细胞的杀伤功能也可以被巴戟天所提高，而它还可能由刺激细胞因子进而增强免疫作用，巴戟天可刺激CB2效应器，进而释放NF-γ介质，而IL-4的释放也可被其抑制[38-40]。曾高峰等[41]研究显示，巴戟天多糖可能通过抑制肿瘤坏死因子以及白细胞介素1的表达以升高血清护骨素的表达水平，进而起到防治骨质疏松的作用。巴戟天对这些淋巴细胞以及细胞因子的作用可能也是巴戟天调节骨代谢、抗骨质疏松的作用机理之一。

6 总结

巴戟天作为我国传统补肾阳、强筋骨中药，在传统医学治疗骨伤科疾病中起到了不可替代的作用。巴戟天中有效成分，其中以巴戟天多糖和巴戟天蒽醌类化合物为代表，可促进骨髓基质细胞的增殖、促进成骨细胞增殖并抑制其凋亡、抑制破骨细胞骨的吸收作用，对调节骨代谢中成骨细胞及破骨细胞的平衡可起到良好的作用，可在防治骨质疏松症的方向上起到一定作用。并且巴戟天中含有多种骨代谢所必需的微量元素。而巴戟天对一些淋巴细胞及细胞因子具有正向作用，这些也可能为巴戟天与骨代谢调节的一个相关方面。但当前国内对此的研究相对较少，可加强相关的研究工作。而巴戟天对破骨细胞干预及相关交叉领域的研究虽已取得一定进展，但仍相对较不完善，应当进一步利用现代医药科技手段对其作用机制和现代药理进行进一步系统研究。并且成骨细胞及破骨细胞在机体内、外的生物学特性并不完全相同，故而在条件成熟时应加强巴戟天体内作用试验的研究，以便更好地为临床实验提供理论及技术支持。

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