納米二氧化鈦暴露致小鼠生殖毒性及其基因表達的變化.pdf

1、納米氧化鈦(TiO2)是目前國際上生產(chǎn)量最大，在工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、日用化妝品、食品以及環(huán)保方面應(yīng)用最廣泛的一種納米材料。然而隨著納米材料的廣泛應(yīng)用，包括納米TiO2在內(nèi)的納米材料的潛在環(huán)境衛(wèi)生和職業(yè)衛(wèi)生安全越來越受到人們的高度關(guān)注，已成為研究熱點。2012年初，美國國家科學(xué)院國家研究理事會發(fā)布了“工程納米材料的環(huán)境、健康與安全性的研究戰(zhàn)略(A Research Strategy for Environmental,Health,and S

2、afety Aspects of Engineered Nanomaterials)”報告，提出需要制定整體的研究計劃，避免納米技術(shù)快速發(fā)展帶來的潛在風(fēng)險(http://www8.nationalacademies.org/onpinews/newsitem.aspx?RecordID=13347)。近年來研究，不僅證實納米TiO2暴露可引起動物肝、脾、肺的損傷，尤其是腎和腦的損傷，而且闡明了相應(yīng)的損傷機制,而腎和腦這兩種器官又與生殖系

3、統(tǒng)的功能密切相關(guān)。人們長期使用含有納米TiO2的化妝品及長期生活或工作在暴露有納米顆粒的環(huán)境下(如生產(chǎn)車間的工人），其納米顆粒通過皮膚滲透、呼吸和消化系統(tǒng)而進入體內(nèi)，并可能通過血液循環(huán)、血睪屏障在卵巢和睪丸中積累，進而導(dǎo)致生殖系統(tǒng)損傷。但納米TiO2暴露對生殖系統(tǒng)的損傷及其機制研究尚不夠深入。因此開展納米TiO2生殖系統(tǒng)毒性的研究具有非常重要的理論意義和實際意義。鑒于此，本論文以10mg/kg BW的納米TiO2（銳鈦型5nm）連續(xù)灌胃

4、處理雌性和雄性小鼠90天，對其生殖系統(tǒng)的損傷進行了研究；同時結(jié)合基因芯片技術(shù)深入研究了生殖系統(tǒng)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生殖系統(tǒng)的毒性評估提供重要的理論依據(jù)。
　　論文結(jié)果如下：
　　(1)用納米TiO2(10mg/kg)對雌性小鼠持續(xù)灌胃90天后，研究了雌性小鼠卵巢的損傷和卵巢基因表達特征。結(jié)果顯示納米TiO2顆粒能夠進入卵巢中積累并且導(dǎo)致卵巢的損傷如卵巢萎縮，初級卵泡和次級卵泡發(fā)育障礙，

5、卵巢細胞的不規(guī)則排列和卵泡腔的形狀不規(guī)則。納米TiO2顆粒也可進入卵巢細胞甚至細胞核，進而導(dǎo)致細胞凋亡。納米TiO2顆粒暴露造成了卵巢組織鈣、鈉、鉀和鋅金屬元素的含量增加，而鎂、銅和鐵金屬元素的含量下降。納米TiO2顆粒暴露導(dǎo)致了性激素的不平衡，如血清孕酮、促黃體生成素、睪酮和促卵泡激素的水平降低，雌二醇的濃度增加，進而引起生育力下降，如交配率、懷孕率、產(chǎn)仔數(shù)都顯著下降及子代生長發(fā)育減慢。同時納米TiO2顆粒暴露引起了卵巢嚴(yán)重的氧化性損

6、傷，如ROS大量積累和DNA氧化水平增加。微陣列分析顯示，納米TiO2處理的小鼠卵巢組織中有223個已知功能基因上調(diào)(diffscore≥13,p<0.05)，65個已知功能基因下調(diào)(diffscore￡-13,p<0.05)。在本研究中，卵巢的差異基因的功能分別涉及細胞分化、免疫炎癥反應(yīng)、離子運輸、代謝過程、氧化應(yīng)激反應(yīng)、內(nèi)固醇代謝、凋亡、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號通路、轉(zhuǎn)錄、運輸?shù)?。尤其是與內(nèi)固醇和性激素代謝過程有關(guān)的Akr1c18、Cyp17

7、a1和Lgmn顯著上調(diào)，這些基因的過表達引起雌二醇濃度上升，以及孕酮、促黃體生成素和睪酮濃度下降，進而抑制卵泡發(fā)育和降低雌性小鼠的生育力。另外，納米TiO2顆粒暴露后導(dǎo)致卵巢Cyp17a1的表達顯著增加也可促進雌二醇的生物合成。
　　(2)分析了10mg/kg納米TiO2鈦顆粒持續(xù)90天灌胃雄性小鼠后生殖毒性和基因表達譜變化。結(jié)果表明納米TiO2顆粒能夠通過血睪屏障在睪丸中沉積，并且導(dǎo)致睪丸的損傷和細胞凋亡，如生精管空泡化、生精層

8、的厚度減小，睪丸細胞的不規(guī)則排列和支持細胞的空泡化；附睪尾部的精子發(fā)生異常的變化，如總的精子濃度和精子活力下降，精子畸形率顯著增加，精子損傷嚴(yán)重如頭尾斷裂；雄性小鼠的生育力顯著下降，如低的交配率、妊娠率和少的產(chǎn)仔數(shù)。納米TiO2的暴露導(dǎo)致睪丸組織中鈣和鐵的含量下降，鋅含量顯著增加。同樣，納米TiO2暴露也造成性激素的不平衡，如雌二醇和孕酮顯著增加，而促卵泡激素、促黃體生成素和睪酮水平顯著下降。微陣列分析顯示與對照比較，納米TiO2處理組

9、的小鼠睪丸組織有155個基因明顯上調(diào)(diffscore≥13,p<0.05)，100個基因明顯下調(diào)(diffscore￡-13,p<0.05)。對已知功能的差異基因分類，表明差異基因的功能涉及的范疇有精子發(fā)生、內(nèi)固醇代謝過程、凋亡、免疫、細胞分化、氧化應(yīng)激反應(yīng)、氧化還原活性、激素活性、離子運輸?shù)?。尤其是Spata19、Tdrd6和Tnp2表達的顯著下調(diào)直接與精子發(fā)生的抑制有關(guān)，而Cyp2e1、Mvd、Sc4mol和Srd5a2與內(nèi)固醇