目的:稀土元素（Rare Earth El em ents,R EEs）包括元素周期表中原子序数为57⁷1的15个镧系元素以及钪和钇,目前被广泛应用于食品,工业,化肥,医疗等领域。在中国几个主要的稀土矿区进行的人群流行病学调查结果显示,当地儿童的智商均数（IQ）、认知能力以及学习记忆能力等均明显低于对照地区儿童,说明REEs具有明显的神经毒性。镧（La）是一种轻稀土元素,可以透过血脑屏障,且在脑中的蓄积能力大于其它REEs。而且,La的化学性质非常活泼,具有较强的生物活性,故常被用来作为REEs的代表物质,进行神经毒作用及其相关机制的研究。现有研究表明,La对于中枢神经系统具有较强的毒性,可以抑制多个信号转传导通路,引起神经细胞的损伤、凋亡,造成实验动物的学习记忆能力下降,但相关机制尚未完全阐明。星形胶质细胞是大脑中数量最多,分布最为广泛的胶质细胞类型,在维持脑内稳态、调节神经发育和再生、能量代谢、抗氧化防御、血脑屏障的发育与维持、炎症反应的介导等方面发挥重要的作用。星形胶质细胞被认为是一种神经“网络整合器（network integrator）”,单个星形胶质细胞突起可连接多达10⁵个神经元的树突和轴突。而且,星形胶质细胞还可通过释放谷氨酸、D-丝氨酸,腺苷等神经胶质递质（gliotran smitter）参与突触可塑性和神经元兴奋性的调控,并被认为是神经突触不可缺少的组成成分之一。血脑屏障（BB B）主要由血管内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞的终足组成。随血流进入脑内的La可以先于神经元与星形胶质细胞接触。因此,研究La对于星形胶质细胞的影响在阐明其所致的神经毒作用机制上具有重要意义。神经元是一种特异分化后的细胞,在执行其各种功能时需要消耗大量的能量。源自星形胶质细胞的乳酸是长期记忆（LTM）形成期间神经元的主要能量来源。星形胶质细胞作为中枢神经系统唯一能够合成糖原作为能量储备的细胞种类,在神经元发出需要能量的信号时,可以快速将糖原分解为乳酸,并通过单羧酸转运蛋白（monocarboxylate transporter,MCT）转运给神经元,该过程即为星形胶质细胞-神经元乳酸转运（astro cyte-neu ron lact ate tran sport）。因此,乳酸生成抑制与星形胶质细胞-神经元乳酸转运（ANLT）障碍均可对LTM造成严重损害。故星形胶质细胞的乳酸产生、转运与LTM的形成密切相关。在正常生理状态下,星形胶质细胞的适度兴奋在神经信息传递和突触可塑性的调控中发挥了重要作用。但在病理条件下,过度兴奋的星形胶质细胞大量释放的谷氨酸（Glu）、D-丝氨酸（D-serine）等兴奋性递质可诱发位于突触后膜的N-甲基-D-天（门）冬氨酸受体（NM DAR）过度激活,引起神经元钙超载,进而导致兴奋性毒性的产生,造成神经元损伤或死亡,最终损伤学习记忆。因此,星形胶质细胞兴奋性的异常与神经元的兴奋性毒性密切相关。本课题通过建立体外细胞模型,观察了镧（La）对于星形胶质细胞乳酸代谢、转运以及兴奋性产生、传递的影响。在此基础上,进一步探讨星形胶质细胞的功能异常对于神经元的有害作用。使用Rolipram、Forskolin、MK-801、DAAO与DCKA对相应的作用环节进行干预来验证相关实验结果。为进一步阐明镧的神经毒作用机制,寻找有效干预的分子靶点提供新的试验资料与科学依据。研究方法:健康S PF级成年Wis tar雌性大鼠10只,雄性大鼠5只,大鼠分别按雌雄比2:1同笼交配,次日清晨托盘中发现阴栓（阴道分泌物）标记为妊娠第0天。所有孕鼠均采用自由进食与饮用单蒸水的喂养策略。在仔鼠出生24 h内取大脑皮质,完成神经元原代培养。在仔鼠出生72 h内取大脑皮质,完成星形胶质细胞原代培养。免疫荧光法鉴定星形胶质细胞与神经元。第一部分氯化镧对星形胶质细胞乳酸生成以及星形胶质细胞-神经元乳酸转运的影响:用无血清DME M制备氯化镧（La Cl₃）,福司柯林（Foskolin）与咯利普兰（Rolipram）溶液。首先,用（0.125,0.25,0.5和1.0 mmol/L）LaCl₃处理星形胶质细胞6 h,12 h,24 h和48 h,检测细胞存活率。其次,用（0.125,0.25和0.5 mmol/L）LaCl₃处理原代培养的星形胶质细胞24 h后,检测如下指标:（1）形态学检查;（2）GLUT1,GS,GP,MCT1,MCT4,LDHA和LDHB的mRNA和蛋白表达水平;（3）GP和LDH活性与乳酸浓度;（4）GS/p-GS蛋白表达比;（5）糖原含量。之后,将神经元与星形胶质细胞在Tran swell培养皿中共培养,将神经元接种在下层小室中,上层小室接种星形胶质细胞。用（0.125,0.25和0.5 mmol/L）La Cl₃处理上层星形胶质细胞24 h后,检测下室神经元中MCT2的mRNA和蛋白表达水平。最后,用浓度均为20μmol/L和40μmol/L的FSK和ROL分别预处理星形胶质细胞6h后,再用0.5 m mol/L La Cl₃处理该细胞24 h,检测如下指标:（1）GP活性;（2）乳酸浓度;（3）GS/p-GS蛋白表达比。第二部分氯化镧对星形胶质细胞兴奋性的影响:首先,用（0.125,0.25和0.5mmol/L）LaCl₃处理原代培养的星形胶质细胞24 h后,检测如下指标:（1）细胞的形态学改变;（2）乳酸脱氢酶（LDH）释放水平;（4）mGluR₅,PLC,Cx43,Cx30的mRNA和蛋白表达水平;（5）[Ca²⁺]_i含量;（6）IP₃浓度;（7）星形胶质细胞内和条件培养液中的D-serine和Glu水平。第三部分镧诱导星形胶质细胞过度兴奋对神经元的影响:首先,用（0,0.125,0.25和0.5 mmol/L）LaCl₃处理星形胶质细胞24 h后,收集上清,此即为CM(La³⁺)。用CM(La³⁺)处理原代大鼠皮质神经元48 h之后,检测如下指标:（1）NR1,NR2A和NR 2B的mRNA和蛋白表达水平;（2）神经元[Ca²⁺]_i水平;（3）神经元细胞凋亡率;（4）LDH释放水平。之后用0.5 mmol/L LaCl₃处理星形胶质细胞24 h,丢弃培养液。用D-hank轻轻地洗涤细胞两次,以去除La³⁺。再用空白DMEM处理细胞24 h,离心收集培养液,此即为CM（La-free）。分别用加有浓度为（10,20μmol/L）DCKA,（20,40UN/L）DAAO和（40,100μmol/L）MK-801的CM（La-free）作用神经元48 h,检测如下指标:（1）神经元[Ca²⁺]_i水平;（2）细胞存活率;（3）LDH释放水平;（4）神经元细胞凋亡率。结果:1.LaCl₃可降低GLUT1,GS,GP,LDHA和MCT（1,2和4）的mRNA和蛋白表达水平,上调LDHB的mR NA和蛋白表达;降低糖原水平;下调总LDH和GP活性;减少GS/p-GS蛋白表达比和乳酸含量;2.LaCl₃可增加星形胶质细胞的凋亡率,mGluR₅,PLC,Cx43和Cx30的表达水平,IP₃与[Ca²⁺]_i浓度以及兴奋性胶质递质Glu和D-serine的合成与释放;3.CM(La³⁺)和CM（La-free）可以上调原代培养神经元的NMDAR亚单位（NR1,NR2A与NR2B）的表达水平,[Ca²⁺]_i浓度和细胞凋亡率。4.MK-801、DAAO与DCKA可拮抗CM（La-free）所致的神经元[Ca²⁺]_i浓度异常升高,降低神经元的细胞凋亡率。结论:1.La可通过干扰星形胶质细胞对于葡萄糖的摄取、糖原合成与分解、乳酸转化等多个环节导致乳酸的形成减少。2.La可通过下调MCTs的表达抑制星形胶质细胞-神经元间的乳酸转运;3.La可诱导星形胶质细胞过度兴奋并导致Glu与D-serine的大量合成与释放;4.CM(La³⁺)和CM（La-free）作用于神经元均可使NMDAR亚单位显著上调,[Ca²⁺]_i浓度和细胞凋亡率异常增加,表现为兴奋性毒性;5.MK-801、DAAO与DCKA可拮抗CM（La-free）所致的神经元[Ca²⁺]_i浓度和细胞凋亡率升高。提示,因星形胶质细胞过度兴奋而大量释放的Glu和D-serine在诱发神经元的兴奋性毒性中起了重要作用。