無機ヒ素暴露によるNrf2活性化の低下が引き起こす認知機能障害の解明

阐明无机砷暴露导致 Nrf2 激活减少引起的认知功能障碍

基本信息

批准号：
21H03185
负责人：
高田礼子
金额：
$ 11.07万
依托单位：
St. Marianna University School of Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

飲料水からの高濃度無機ヒ素（iAs）暴露者（推計1億人以上）において小児の認知能力の障害や成人の認知機能障害が懸念され、欧州食品安全機構では米に蓄積されたiAs暴露による乳幼児や小児における認知能力の障害の予防対策として、米及び加工品の摂取の法規制が準備されている。しかし、iAs暴露と認知機能障害に関する実験的検証は技術的に困難な問題が山積している。我々はヒトや動物のblood brain barrier (BBB)を模範したrat in vitro-BBB modelを用い、ヒ素暴露とBBBのタイトジャンクション（TJ）傷害の関係について解明を試みた。研究対象のヒ素は、急性や慢性ヒ素中毒の原因ヒ素である3価iAs(iAs(III))とその代謝物であるmonomethylarsonous acid (MMA(III))とした。rat in vitro- BBB model にiAs(III)やMMA(III)を暴露した結果、iAs(III)やMMA(III)はBBB内においてメチル化や酸化反応を受け、24時間目までに代謝された割合はiAs(III)が15％、MMA(III)が65％で、この代謝は減毒の作用と推測した。しかし、未変換のMMA(III)（35％）はiAs(III)より強いBBBのTJ傷害を発現し、改めてMMA(III)の強毒性が確認された。BBBのTJ傷害の評価はtransepithelial electrical resistance値やTJタンパクであるClaudin-5の測定が有効であった。一方、酸化ストレス制御タンパクであるNrf2やHO-1はTJ傷害の抑制に寄与する機序も確認された。本研究から、iAs暴露による小児の認知能力の障害や成人での認知機能障害におけるiAs(III)やMMA(III)のBBB内での代謝に関する研究の重要性を明らかにした。

人们担心，接触饮用水中高浓度无机砷 (iAs) 的儿童和成人（估计超过 1 亿人）会出现认知障碍，欧洲食品安全局已确定，接触 iAs 的人在大米可能导致儿童和成人认知障碍正在制定有关食用大米和加工产品的立法，作为预防婴儿和儿童认知障碍的措施。然而，对砷暴露和认知障碍的实验验证充满了技术困难。我们试图使用模仿人类和动物血脑屏障（BBB）的大鼠体外 BBB 模型来阐明砷暴露与 BBB 紧密连接（TJ）损伤之间的关系。研究的砷是可引起急性和慢性砷中毒的三价 iAs (iAs(III)) 及其代谢物一甲基胂酸 (MMA(III))。将iAs(III)和MMA(III)暴露于大鼠体外BBB模型的结果是，iAs(III)和MMA(III)在BBB内发生甲基化和氧化反应，并且在24小时内代谢的比率为15。 iAs(III) 为 %，MMA(III) 为 65%，这种代谢被认为是解毒作用。然而，未转化的MMA(III)(35%)比iAs(III)造成更强的BBB TJ损伤，再次证实了MMA(III)的强毒性。跨上皮电阻值和TJ蛋白Claudin-5的测量可有效评估BBB TJ损伤。另一方面，氧化应激调节蛋白Nrf2和HO-1有助于抑制TJ损伤的机制也得到证实。本研究揭示了血脑屏障内 iAs(III) 和 MMA(III) 代谢研究对于 iAs 暴露造成的儿童认知能力损害和成人认知功能障碍的重要性。