利用原子力显微镜研究淋巴细胞的生理功能

苯甲酸钠(Sodiumbenzoate,SB)又称安息香酸钠,是广泛应用于食品及碳酸饮料产业中的防腐剂。多年来世界上大多数国家一直允许用SB作为食品防腐剂,最大允许量在0.15~0.25wt%之间,在美国,SB的最大允许量为0.1wt%。

随着食品工业的发展,食品中使用防腐剂的现象十分普遍。过去曾认为SB对人体无毒,但最近的研究表明,其可造成人体组织器官或机能的损害,具有遗传毒性,使染色体分裂出现异常,使染色体发生结构畸变以致断裂[并且会产生肝硬化、肌肉损伤甚至致癌,Tsay等发现SB能使斑马幼虫发生畸变。长期饮用含有SB的碳酸饮料易使儿童产生多动症。因此,胡明铅等:应用原子力显微镜分析苯甲酸钠生物毒性1429Journals.im.ac.cnSB的生物安全性和对人体的危害程度必然要引起我们的重视。

原子力显微镜(Atomicforcemicroscope,AFM)是1986年由G.Binning,C.F.Quate和C.Gerber等发明的。自发明以来它就被广泛应用于对单细胞、细胞骨架、DNA、蛋白质等生物样品及其相互作用力的研究。目前在单细胞水平上研究SB致淋巴细胞形态及其膜超微结构损伤的影响尚未见报道。

本研究利用AFM在单细胞水平提供有关SB毒性的可视化证据,并探讨其损伤机制。经AFM扫描成像,获得了正常淋巴细胞、与不同浓度SB作用不同时间后的淋巴细胞的拓扑形貌图(Topography)和误差信号图(Errorsignal),并分别对其表面超微结构进行了扫描分析,观察细胞数超过30个。

检测结果发现,上述3种淋巴细胞均呈不同程度的形态结构改变。正常淋巴细胞呈较为规则的圆形,中间隆起,细胞表面总体较为平滑,高度在1.8~2.5μm之间,直径约为8~10μm。而与不同浓度SB作用后的淋巴细胞体积明显发生变化。高度减少,细胞表面形态结构更为复杂,中间部位出现明显破裂并且凹陷,呈“Y”型结构,边缘能观察到有细微损伤分布并且随着SB浓度的增加,细胞形态进一步发生改变,呈中间凹陷状,细胞边缘向四周扁平铺展。细胞表面球状颗粒进一步增多,表面粗糙度增大,细胞高度明显减少,直径增加。对其局部小范围进行观察,AFM能清楚地观察到细胞膜密集的颗粒状突起物以及大量的孔洞,其中凹凸不平的细胞表面分布着大量小颗粒。

选取不同细胞膜超微结构图的整个区域(5μm×5μm)进行测量,与SB作用后淋巴细胞的四个参数值均明显与正常淋巴细胞不同;对淋巴细胞膜形成的大小不一的颗粒进行统计,经SB作用后的淋巴细胞膜形成的颗粒逐渐增大。同时,随着与SB作用时间的延长,淋巴细胞出现的变化与上述情况类似,即作用时间越长,细胞损伤越严重,淋巴细胞的表面粗糙度也逐渐增加。3讨论AFM是样品表面信息的收集工具,较易获得细胞的形貌、超微结构及其生化反应后细胞形态变化等信息,是研究细胞损伤的有力工具。淋巴细胞是机体免疫应答功能的重要细胞成分,其形态结构与其功能息息相关。

因此利用原子力显微镜AFM研究淋巴细胞与外界环境相互作用前后细胞形态结构及其细胞膜的变化,对了解淋巴细胞的生理功能具有十分重要的意义。