納米氧化鈦導(dǎo)致小鼠肝臟損傷的分子機制.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)由于它獨特的光化學(xué)特性，已廣泛應(yīng)用于各個方面如涂料、染料、印刷、醫(yī)藥和化妝品等，可通過空氣、食物鏈進入人體，它的應(yīng)用安全性也引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外已開展納米TiO2對肝毒性的研究，但對其產(chǎn)生毒性的分子機制尚未深入。鑒于此，本論文以不同劑量(5、10和50mg/kg體重)的納米TiO2(銳鈦型5nm)灌胃小鼠60天，對其引發(fā)的肝細(xì)胞炎癥信號通路以及肝氧化損傷機制進行研究;另外以納米TiO2(10 mg/

2、kg體重)灌胃處理小鼠90天，結(jié)合基因芯片技術(shù)深入研究肝損傷多基因共同作用的分子機制，探尋納米TiO2毒性生物標(biāo)志物。本研究可為納米材料的安全評估提供重要的理論依據(jù)。
　　 論文主要涉及以下內(nèi)容:
　　 (1)納米TiO2可導(dǎo)致小鼠肝臟發(fā)生炎癥反應(yīng)，但其觸發(fā)的炎癥信號通路途徑尚不明朗。本實驗以不同劑量(5、10和50 mg/kg)的納米TiO2(5nm)持續(xù)灌胃小鼠60天，分析肝臟中Toll樣受體2、4(TLR2、TLR

3、4)、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)、NF-κBP52、NF-κBP65、NF-κB誘導(dǎo)激酶(NIK)、IκB激酶-α(IKK-α)、IκB激酶-β(IKK-β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、NF-κB抑制蛋白(IκB)和白細(xì)胞介素2(IL-2)的表達水平，并測定肝功能生化指標(biāo)，評估其肝組織病理變化。結(jié)果顯示在納米TiO2處理組Ti元素積累于小鼠肝臟中，肝組織發(fā)生病變，并且肝功能受損。RT-PCR和ELISA進一步顯示納米TiO2可

4、顯著誘導(dǎo)小鼠肝臟中TLR2、TLR4、NF-κB、NF-κ BP52、NF-κ BP65、NIK、IIKK-α、IKK-β和TNF-α的上調(diào)表達，并抑制IκB和IL-2的表達。此結(jié)果增加了對納米TiO2誘導(dǎo)肝毒性的了解，進而推測其觸發(fā)炎癥的信號通路為:納米TiO2→TNF-α→↑→TLRs(TLR2、TLR4)↑→NIK↑→IKKs(IKK-α、 IKK-β)↑→ IκB↓→ NF-κB(NF-κBP52、NF-κBP65)↑→促炎細(xì)胞

5、因子↑→炎癥發(fā)生→肝損傷。
　　 (2)為了更深入研究納米TiO2造成肝細(xì)胞凋亡的分子機制，我們以不同劑量(5、10和50 mg/kg)的納米TiO2持續(xù)灌胃處理小鼠60天，分析肝細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激生化指標(biāo)，檢測小鼠肝臟中多種氧化應(yīng)激物或酶以及與應(yīng)激有關(guān)的基因表達水平。研究發(fā)現(xiàn)小鼠在納米TiO2暴露60天后，肝細(xì)胞凋亡，活性氧自由基積累，且與應(yīng)激相關(guān)的基因(如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、金屬硫蛋白、熱休克蛋白

6、70、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶、P53和鐵轉(zhuǎn)運蛋白)表達水平下降;而細(xì)胞色素p4501A的表達水平顯著提高。說明納米TiO2造成肝細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激基因表達水平的改變有關(guān)，也顯示肝對納米TiO2解毒/代謝以及自由基的清除能力下降。因此納米TiO2的應(yīng)用，尤其低劑量長期暴露于人類造成肝毒性影響需要引起足夠的重視。
　　 (3)急性毒理實驗已證明高劑量納米TiO2可造成肝毒性效應(yīng)，但對于低劑量長期暴露所造成肝損傷及其多基因共同作用的分子機制

7、研究卻知之甚少。在本部分研究中，利用基因芯片技術(shù)檢測10 mg/kg劑量納米TiO2長期灌胃處理小鼠90天后導(dǎo)致的肝基因表達譜變化。結(jié)果顯示長期暴露后導(dǎo)致Ti元素在肝中積累，納米TiO2顆粒進入肝細(xì)胞甚至進入核中，導(dǎo)致肝炎癥反應(yīng)，肝細(xì)胞凋亡，以及肝功能破壞。另外，基因芯片數(shù)據(jù)顯示納米TiO2長期暴露后有785個基因的表達變化與免疫/炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、代謝過程、應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞周期、離子轉(zhuǎn)運、信號傳導(dǎo)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞骨架以及細(xì)胞