王宏偉，趙 靜，杜祥月，田二杰，張 才

（河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南 洛陽 471003）

鉬對(duì)雌性小鼠骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

王宏偉，趙 靜，杜祥月，田二杰，張 才

（河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南 洛陽 471003）

為了研究鉬對(duì)雌性小鼠骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，選擇了40只健康雌性昆明系小鼠隨機(jī)分為4組，每組10只。通過在飲水中添加不同劑量的鉬，建立雌性小鼠鉬暴露模型：對(duì)照組、鉬100組、鉬200組和鉬400組。在試驗(yàn)處理第120天時(shí)采集小鼠股骨，測(cè)量股骨長(zhǎng)度和中點(diǎn)直徑后制作石蠟切片，蘇木素－伊紅染色，用顯微鏡觀察其形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示：低劑量的鉬可促進(jìn)小鼠體質(zhì)量的增長(zhǎng)和骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育。但高劑量的鉬則使股骨長(zhǎng)度和直徑顯著減少（P＜0.01），骨小梁數(shù)目減少、寬度變窄，骨皮質(zhì)厚度增加等，并使小鼠骨骼細(xì)胞數(shù)目顯著降低（P＜0.01），骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比顯著下降（P＜0.01）。高鉬對(duì)雌性小鼠骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)具有一定的毒性作用。

鉬；雌性小鼠；骨骼；形態(tài)結(jié)構(gòu)

0 引言

鉬是生物體必需的微量元素之一，其生物學(xué)作用主要是依靠作為動(dòng)物體內(nèi)某些含鉬酶類（如黃嘌呤氧化酶、亞硫酸鹽氧化酶、羥乙醛氧化酶、硝酸鹽還原酶等）的組成成分而實(shí)現(xiàn)的［1－2］。機(jī)體缺鉬可導(dǎo)致動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、生殖障礙和免疫功能降低等［3－5］，但過量的鉬也可引起腹瀉、代謝障礙、體質(zhì)量下降和繁殖障礙等病變［6－8］。近年來，人們對(duì)微量元素與動(dòng)物硬組織關(guān)系的研究日益增多，例如，文獻(xiàn)［9］通過觀察不同劑量氟對(duì)大鼠切牙成釉細(xì)胞和骨組織形態(tài)學(xué)的改變，證明了血清氟、堿性磷酸酶（ALP）活性和骨鈣素（OC）水平可作為氟致骨相損傷早期診斷的參考指標(biāo)；文獻(xiàn)［10］通過研究硒、鉬、硼對(duì)氟中毒大鼠氟代謝及其成釉細(xì)胞生物學(xué)特性的影響，表明硒、鉬、硼具有頡頏氟中毒引起的細(xì)胞損傷作用，即可以減輕氟斑牙的癥狀。目前，關(guān)于鉬暴露對(duì)動(dòng)物骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的研究還不充分，因此，本研究建立了雌性小鼠鉬暴露模型，觀察鉬暴露條件下小鼠骨骼形態(tài)學(xué)的變化，為探尋鉬對(duì)小鼠骨骼的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及主要試劑

40只1周齡昆明系健康雌性小鼠，購自于鄭州大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心；蘇木素、伊紅購自武漢博士德生物工程有限公司；鉬酸鈉購自天津市化學(xué)試劑四廠。

1.2 試驗(yàn)方法

40只1周齡昆明系健康雌性小鼠隨機(jī)分為4組，每組10只，通過在飲水中添加不同劑量的鉬（以鉬離子計(jì)），建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ停簩?duì)照組（不添加）、鉬100組（100 mg／L）、鉬200組（200 mg／L）和鉬400組（400 mg／L）。試驗(yàn)處理120 d后，從每組中分別隨機(jī)選取6只小鼠，處死并取出各組小鼠左右股骨。用游標(biāo)卡尺測(cè)量記錄小鼠股骨長(zhǎng)度和股骨中點(diǎn)的直徑后進(jìn)行組織的固定和脫鈣，常規(guī)制備骨組織石蠟切片，蘇木素－伊紅染色，光學(xué)顯微鏡下觀察骨組織切片并拍照。

所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2003和SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行處理。測(cè)定結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示。P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉬暴露對(duì)小鼠體質(zhì)量的影響

鉬暴露對(duì)小鼠體質(zhì)量的影響見表1。如表1所示，與對(duì)照組相比，鉬100組小鼠體質(zhì)量增加，且在第4周和第6周差異顯著（P＜0.05）；鉬400組小鼠體質(zhì)量下降，且在第2周和第6周差異顯著（P＜0.05）。

表1 鉬暴露對(duì)小鼠體質(zhì)量的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差） g

2.2 鉬暴露對(duì)股骨形態(tài)學(xué)的影響

2.2.1 鉬暴露對(duì)股骨長(zhǎng)度及寬度的影響

鉬暴露對(duì)小鼠股骨長(zhǎng)度和股骨直徑的影響見表2。如表2所示，與對(duì)照組相比，鉬100組股骨長(zhǎng)度和股骨直徑分別增加了0.72%和4.66%，差異不顯著（P＞0.05），鉬400組則分別減少了7.89%和9.33%，差異極顯著（P＜0.01）。

表2 鉬暴露對(duì)小鼠股骨長(zhǎng)度和股骨直徑的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差） mm

2.2.2 鉬暴露對(duì)骨小梁形態(tài)的影響

鉬暴露對(duì)骨小梁形態(tài)的影響見圖1。如圖1所示，對(duì)照組切片中骨小梁走向一致，粗細(xì)均勻，排列緊密；鉬100組骨小梁增粗，走向一致，排列緊密；鉬200組骨小梁數(shù)目減少，寬度變窄，體積變小，形狀不規(guī)則；鉬400組骨小梁數(shù)目減少，寬度更窄，畸形，斷裂，排列紊亂，甚至部分游離在骨髓腔中。

圖1 鉬暴露對(duì)骨小梁形態(tài)的影響

2.2.3 鉬暴露對(duì)股骨中段皮質(zhì)厚度的影響

鉬暴露對(duì)小鼠股骨中段皮質(zhì)厚度的影響見表3。如表3所示，鉬100組與對(duì)照組相比股骨中段平均皮質(zhì)厚度增加15.22%，差異不顯著（P＞0.05）；鉬200組與對(duì)照組相比股骨中段平均皮質(zhì)厚度增加了48.90%，差異極顯著（P＜0.01）；鉬400組與對(duì)照組相比股骨中段平均皮質(zhì)厚度增加了78.12%，差異極顯著（P＜0.01）。

表3 鉬暴露對(duì)小鼠股骨中段皮質(zhì)厚度的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差） μm

2.2.4 鉬暴露對(duì)股骨中段細(xì)胞數(shù)目的影響

在高倍鏡（40×10倍）下分別對(duì)各組切片拍照并對(duì)330μm長(zhǎng)度單側(cè)皮質(zhì)骨組織細(xì)胞計(jì)數(shù)，結(jié)果如表4所示。鉬100組與對(duì)照組相比股骨中段單位長(zhǎng)度平均細(xì)胞個(gè)數(shù)增加了19.21%，差異顯著（P＜0.05）；鉬200組與對(duì)照組相比股骨中段細(xì)胞個(gè)數(shù)減少了14.21%，差異不顯著（P＞0.05）；鉬400組與對(duì)照組相比股骨中段單位長(zhǎng)度細(xì)胞個(gè)數(shù)減少了20.26%，差異顯著（P＜0.05）。

表4 鉬暴露對(duì)小鼠股骨細(xì)胞數(shù)目的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.2.5 鉬暴露對(duì)骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比的影響

顯微鏡下分別觀察各組切片并對(duì)骨骺線中分裂期細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)果如表5所示。鉬100組與對(duì)照組相比，骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比增加了1.34%，差異顯著（P＜0.05）；鉬200組與對(duì)照組相比，中分裂期細(xì)胞百分比減少了1.18%，差異不顯著（P＞0.05）；鉬400組與對(duì)照組相比，中分裂期細(xì)胞百分比減少了1.63%，差異顯著（P＜0.05）。

表5 骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差） %

3 分析與討論

體質(zhì)量的變化是衡量動(dòng)物發(fā)育狀況的重要指標(biāo)之一。鉬作為機(jī)體必需的微量元素，可通過提高體內(nèi)含鉬酶的活性，影響機(jī)體蛋白質(zhì)和脂肪代謝等的過程［1，11］，從而造成體質(zhì)量變化。本試驗(yàn)中，適量的鉬（100 mg／L）促進(jìn)了小鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)，但高劑量的鉬抑制了小鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)。由此可以推斷，鉬的添加劑量與動(dòng)物的體質(zhì)量增加有密切關(guān)系，高鉬能夠抑制小鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)。

骨骼是機(jī)體最重要的硬組織，其生理功能主要包括運(yùn)動(dòng)、支持和保護(hù)身體，制造紅血球和白血球，儲(chǔ)藏礦物質(zhì)等。大量研究表明：年齡、營養(yǎng)或疾病等因素可以造成骨骼的病變［12－14］。本研究結(jié)果顯示：高鉬可誘導(dǎo)小鼠骨骼發(fā)生形態(tài)學(xué)變化，使股骨長(zhǎng)度和直徑顯著減少，骨小梁數(shù)目減少，寬度變窄等，且其損傷作用與鉬濃度成正相關(guān)。有些學(xué)者認(rèn)為：由于鉬與磷在機(jī)體內(nèi)代謝存在頡頏作用，高鉬日糧通過影響磷代謝進(jìn)而影響骨骼代謝［15］。但過量鉬也能夠干擾銅的吸收和代謝，易引起動(dòng)物銅缺乏，進(jìn)而影響動(dòng)物骨骼代謝，導(dǎo)致骨代謝障礙［16］。文獻(xiàn)［17］在高鉬對(duì)雄性綿羊骨骼影響的研究中認(rèn)為，高鉬不僅能夠抑制血清降鈣素的分泌，同時(shí)還可以促進(jìn)血清甲狀旁腺激素分泌，從而造成全身鈣磷動(dòng)員及骨骼鈣化不全，最終導(dǎo)致股骨中鈣磷等礦質(zhì)含量下降，使骨骼發(fā)生骨皮質(zhì)變薄、骨小梁變稀疏、骨密度降低等病變。

骨組織為維持礦物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，不斷地進(jìn)行骨重建，其過程與骨原細(xì)胞、成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞等有密切關(guān)系。成骨細(xì)胞由骨原細(xì)胞分裂分化而來，被類骨質(zhì)包埋后成為骨細(xì)胞，破骨細(xì)胞則可溶解并重吸收骨基質(zhì)［18］。本研究中，高鉬不僅導(dǎo)致小鼠骨骼細(xì)胞數(shù)目顯著降低，也使骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比顯著下降。這可能是由于動(dòng)物機(jī)體內(nèi)鉬含量增加，導(dǎo)致黃嘌呤氧化酶（XO）活力的升高而使機(jī)體生成大量NO，破壞細(xì)胞的完整功能及特異性酶功能；同時(shí)XO在機(jī)體內(nèi)生成大量的超氧化物如超氧陰離子自由基（O－2），啟動(dòng)機(jī)體的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)而損傷組織細(xì)胞或使細(xì)胞分裂受阻［19］。文獻(xiàn)［20］發(fā)現(xiàn)高鉬不僅可以導(dǎo)致小鼠肝臟脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，還可通過Smac和Bax蛋白的增加誘導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡，而促凋亡基因表達(dá)的增多也可能是骨骼細(xì)胞及分裂期細(xì)胞減少的原因［21］。

骨皮質(zhì)厚度可以間接反映骨骼的礦物質(zhì)含量，還可對(duì)一些影響骨代謝的疾病做早期預(yù)防。本試驗(yàn)中，小鼠股骨中段平均皮質(zhì)厚度隨鉬濃度增加而增厚，且切片顯示試驗(yàn)組股骨皮質(zhì)結(jié)構(gòu)明顯較疏松，且多有散開現(xiàn)象，鉬濃度越高，該現(xiàn)象越明顯。這可能是由于高鉬導(dǎo)致骨骼的骨密度降低［17］，且影響骨骼的強(qiáng)度和剛度［22］，所以在機(jī)體可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，骨皮質(zhì)發(fā)生代償反應(yīng)以增強(qiáng)骨骼的生物力學(xué)特性，保證機(jī)體的正常發(fā)育與活動(dòng)。

綜上所述，低劑量的鉬可促進(jìn)小鼠體質(zhì)量的增長(zhǎng)和骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育，而高劑量的鉬則使股骨長(zhǎng)度和直徑顯著減少，骨小梁數(shù)目減少、寬度變窄，骨皮質(zhì)增厚等，同時(shí)導(dǎo)致小鼠骨骼細(xì)胞數(shù)目顯著降低，骨骺線中分裂期細(xì)胞百分比顯著下降，說明高鉬對(duì)雌性小鼠骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)具有一定的毒性作用。

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S852

A

1672－6871（2014）06－0071－04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31140003）；河南省教育廳自然科學(xué)研究基金項(xiàng)目（2010B230002）；河南科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目（09001368）；河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）項(xiàng)目（2011190，2010088）

王宏偉（1978－），男，山西朔州人，副教授，博士，主要從事畜禽營養(yǎng)代謝與中毒病研究.

2014－06－10