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食物重金属超标,肝脏如何病变?显微拉曼带你直面肝脏受损全过程

发表时间:2020-12-07 18:42

2013年5月,湖南攸县生产的大米在广东省被检测出镉超标,随后又发现了9批次攸县产的大米镉超标。5月19日,湖南组织相关部门对攸县产的大米进行调查,发现了大量的镉大米,大多已销往广东省。广东省食品安全委员会公布了2013年抽检发现的126批次镉超标大米,其中确定由湖南厂家生产的多达68批次(多批次散装米产地不明),涉事厂家来自湖南14个市州中的8个。

镉(Cd)被列为人类致癌物,是一种广泛存在于工业场所、植物土壤和吸烟环境中的有毒污染物。即使在发现微量镉的情况下,人们也可能发生过度接触,造成严重的健康问题。另外镉可能对肾脏、肝脏、肺、心血管、免疫系统和生殖系统等器官产生负面影响。肝脏和肾脏是参与清除这种金属元素的主要器官,对其毒性反应特别敏感。

拉曼光谱是一种无损检测生物组织的方法,它为研究组织和细胞等生化成分提供了高度特异性的分子指纹图谱,并且无需使用内源性标签或外源性染色。奥谱天成全自动对焦显微激光拉曼成像光谱仪集成了两个激光器,并结合了显微镜及拉曼光谱仪两者的优点,显微拉曼检测平台使得“所见即所测”成为可能,可视化的精确定位拉曼检测 平台,使得观测者可以检测样品上不同表面状态的拉曼信号,并可在计算机上同步显示所检测位置的微区形态,极大便了拉曼微区检测,可以在亚细胞水平上研究详细的组织部分甚至单个细胞。

根据拉曼光谱,人们可以定性甚至定量的了解生化信息,分析各种不同的恶性肿瘤,包括乳腺癌,脑癌,宫颈癌,胃肠癌,肺癌,口腔癌和皮肤癌等等。拉曼光谱相对简单,对待测样品无损伤,并且对样品要求小,使得样品的获取变得简单方便。

实验中,我们对两组样品:正常肝脏组织(Ctrl)和镉侵染的实验组(Cd)肝脏组织进行扫描并进行拉曼成像。

实验组小鼠肝脏组织的拉曼光谱信号明显较弱,信号的多样性较差。我们可以通过观察两组拉曼光谱的主要区别从而得到一些组织内部生化成分的变化。值得我们注意的主要变化是在实验肝组织的拉曼光谱中代表蛋白质条带(748cm-11125cm-11585cm-1)的拉曼峰强明显低于正常组,此外,我们也可以观察到代表胶原带(1082cm-1)的拉曼峰强显著高于正常组。

蓝色为对照组,红色为实验组

正常肝脏组织和镉侵染实验肝脏组织

100μm×100μm区域的拉曼成像

ctrl 代表正常对照组和 cd 代表实验组)


当大量的镉元素进入细胞时,细胞器会受到影响,对细胞的正常功能产生很大的影响。此外,细胞中的一些含有巯基蛋白质,它们与镉具有很高的亲和力。如果这些蛋白质与镉结合,它们也会对细胞造成一定的损害。

例如,微管蛋白是细胞内微管的重要组成部分,但它含有巯基,容易与镉结合,破坏原有的细胞结构。但这不是绝对的,也有一种可能性:因为镉导致一些细胞器损伤细胞,导致蛋白质含量的下降甚至是失活,其中一些可能会影响细胞氧化还原反应,进而影响一系列的连锁反应,包括 DNARNA 合成和细胞周期紊乱。研究结果表明,利用拉曼成像技术我们可以观察到 RNA 的调控合成、蛋白质转化和肝细胞周期紊乱。

重金属污染已经成为威胁人类健康的一个重要问题,肝脏是一个非常重要的代谢器官。显微拉曼成像来研究镉污染后肝脏组织的变化,可以发现镉中毒引起的肝脏组织成分的改变与生物医学方法所观察到的变化是一致的。这说明拉曼光谱在医学实验中具有良好的准确性和可靠性,在分析镉等重金属中毒方面具有很大的潜力。






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