納米氧化鈦長期暴露小鼠致肺毒性及其分子機制的研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2),是納米材料的一種,是指大小在1~100 nm之間的超微顆粒,鑒于它獨特的表面效應,量子尺寸效應和體積效應等特性,使其廣泛應用于各個領域,如涂料、染料、印刷、醫(yī)藥、化妝品和食品等日常生活中,可通過空氣、食物鏈進入人體,由于納米材料比紅細胞要小得多,理論上可以隨血液到達生物體任意部位,它的應用安全性也引起科學界的廣泛關注。呼吸道作為人體攝入納米顆粒的主要途徑之一,自然也成為其攻擊的首要對象。引起肺部急慢性病變,如炎

2、癥、纖維化,甚至引起肺癌。目前,國內(nèi)外已開展納米TiO2對肺毒性的研究,但對其產(chǎn)生毒性的分子機制尚不明確。鑒于此,本論文開展了納米 TiO2長期暴露小鼠致肺毒性及其分子機制的研究,本論文以不同劑量(2.5、5、10 mg/kg BW)的納米TiO2(銳鈦型5 nm)滴鼻處理小鼠90天,對其不同劑量引發(fā)的肺損傷及肺炎癥的分子機制進行研究;另以單一劑量納米TiO2(10 mg/kg BW)分別滴鼻處理小鼠15、30、45、60、75、90天

3、對其引發(fā)的肺氧化損傷的分子機制進行研究;除此之外,本研究結(jié)合劑量效應和時間效應通過基因芯片技術(shù)深入研究肺損傷多基因共同作用的分子機制。本研究可為納米材料長期暴露引起肺損傷評估提供重要的理論依據(jù),讓人們更加全面的評價納米材料潛在的生物安全性。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴納米TiO2可導致小鼠肺發(fā)生炎癥反應,但其引發(fā)的炎癥信號通路途徑尚不明確。本實驗以不同劑量(2.5、5和10 mg/kg)的納米TiO2(5 nm)持續(xù)滴鼻處理小鼠9

4、0天,并測定肺組織中Ti的積累情況,肺系數(shù)變化情況及肺功能生化指標,評估肺組織損傷情況。研究結(jié)果表明,納米TiO2處理組Ti元素積累于小鼠肺組織中,肺組織發(fā)生嚴重損傷如炎癥反應,增加了小鼠肺組織中活性氧的積累以及脂質(zhì)過氧化。RT-PCR和ELISA分析進一步顯示納米TiO2可顯著誘導小鼠肺組織中NF-κB、COX-2、HO-1、TNF-α、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-1β和CYP1A1的表達,降

5、低IκB和HSP-70的表達。結(jié)果表明,TiO2暴露小鼠后能通過激活NF-κB信號通路而引發(fā)肺炎癥反應。
　　⑵為了更深入研究納米TiO2長期處理導致小鼠肺發(fā)生氧化損傷及相應的分子機制,用單一劑量的納米TiO2(10 mg/kg BW)分別滴鼻處理小鼠15、30、45、60、75和90天,研究納米TiO2造成肺組織發(fā)生氧化損傷的時間效應。研究發(fā)現(xiàn)納米TiO2滴鼻處理小鼠90天后,肺超微結(jié)構(gòu)觀察到線粒體腫脹,核固縮,染色質(zhì)凝集,板層

6、小體疏散等細胞凋亡的典型癥狀,同時肺組織產(chǎn)生大量活性氧自由基(如O2·?、H2O2)。 RT-PCR和ELISA分析結(jié)果顯示納米TiO2處理小鼠15至60天后,能明顯增加Nrf2、HO-1和GCLC的表達,處理75-90天后,其表達量顯著減少。結(jié)果表明小鼠長期暴露于納米TiO2能降低Nrf2的表達,進一步降低其下游的抗氧化基因HO-1和GCLC的表達,進而誘發(fā)小鼠肺組織發(fā)生氧化損傷。
　?、乔皟刹糠謱嶒炓呀?jīng)從劑量效應和時間效應證明

7、了納米TiO2能導致肺毒性效應,但對于長期暴露小鼠所造成的肺損傷多基因共同作用的分子機制尚不明朗。所以在本研究中,我們利用基因芯片技術(shù)檢測納米TiO2(2.5、5、10 mg/kg BW)連續(xù)滴鼻處理小鼠90天,檢測肺基因表達譜的變化。結(jié)果顯示長期暴露小鼠后肺組織發(fā)生嚴重的炎癥反應,肺間質(zhì)增厚以及肺水腫,同時肺細胞凋亡并伴隨肺生化功能發(fā)生障礙?？寡趸治鼋Y(jié)果表明肺組織中脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化產(chǎn)物--丙二醛(MDA)、羰基(Carbo

8、nyl)和8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)的水平顯著上升;另外,基因芯片數(shù)據(jù)顯示納米TiO2長期滴鼻處理小鼠后有521個基因顯著性差異表達,這些基因涉及免疫/炎癥反應、細胞凋亡、氧化應激、代謝過程、應激反應、信號傳導、細胞增殖、細胞骨架、細胞分化以及細胞周期等生物過程。本文重點討論了與免疫炎癥反應有關的β-防御素(Defb4)、H2-Oa、幾丁質(zhì)酶3(Chi3l3)、花生四烯酸-5-脂氧合酶激活蛋白(Alox5ap)、白介素10(IL-