FOXO3a信号在纳米二氧化钛气管暴露致大鼠DNA损伤中的作用研究

摘要

目的:纳米二氧化钛(Nanoparticle titanium dioxide，Nano-TiO2)具有优异的物理和化学性质，被广泛用于医药、废水处理、涂料、杀菌、化妆品、食品添加剂、生物医用陶瓷等领域。纳米颗粒主要通过呼吸道、皮肤接触和消化道进入人体，造成健康危害，其中吸入是最常见的暴露途径之一。Nano-TiO2表面具有较高的化学反应性，形成大量的自由基，作用生物体后可引起氧化应激，使活性氧(Reactive oxygen species，ROS)生成增多，破坏DNA碱基和磷酸骨架，造成DNA损伤。Nano-TiO2造成的氧化应激与其毒性高度相关，但其作用靶点和调控机制尚不清楚。本文通过气管灌注方法，模拟呼吸道吸收途径，观察Nano-TiO2在大鼠体内的代谢分布、抗氧化功能和DNA损伤的水平，以FOXO3a信号为切入点，对纳米材料的毒作用机制进行深入研究，探讨纳米材料导致机体细胞毒作用靶点，寻找切实可行的预防控制方法。
　　方法:
　　160只健康SD雄性大鼠，体重180-220g随机分为四组，每组15只。采用非暴露式气管注入法一次性给予25nm TiO2进行染毒，剂量为0.2g/kg，1 g/kg，5g/kg体重，对照组给予等体积的蒸馏水。染毒后1天、3天、7天每组分别处死5只动物，留取肝、肾、肺组织。-80℃冰箱冻存以备后续实验。
　　2动物处死前分别称重，处死后取出肝、肾、肺组织电子天平称重记录，计算脏器系数。
　　3大鼠体内Ti含量测定:Nano-TiO2染毒后，使用铑(Rh)内标，微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法检测大鼠肝、肾、肺组织中的Ti含量。
　　4病理学观察:Nano-TiO2染毒后，制作肝、肾、肺组织病理切片，苏木精-伊红染色后光镜下观察肝、肾、肺组织的病理变化。
　　5氧化损伤指标的测定:Nano-TiO2染毒后，利用酶标测定法检测大鼠肝、肾、肺组织中MDA含量以及SOD、GSH-Px活力的变化。
　　6 DNA损伤的测定:Nano-TiO2染毒后，采用单细胞凝胶电泳试验(SCGE)检测大鼠肝、肾、肺组织细胞OTM和Tail DNA％值的变化。
　　7 FOXO3a信号相关蛋白含量测定:采用Western blot方法检测FOXO3a、 ChK2、GADD45α及XRCC1蛋白表达情况。
　　结果
　　1 Nano-TiO2染毒后大鼠的一般状况
　　纳米二氧化钛染毒后，实验大鼠未出现意外死亡。大鼠出现进食量减少，活动减少、精神萎靡等现象。大鼠次日饮水进食恢复正常，精神状态良好，一般活动状况正常。
　　2 Nano-TiO2染毒后大鼠各组织Ti含量的变化
　　纳米二氧化钛染毒后，大鼠肝、肾、肺各组织中Ti含量均有不同程度的升高。与对照组相比，高剂量组肝、肾、肺组织钛含量显著增高(P＜0.05)。与染毒后1天相比，高剂量组染毒后3天、7天，肝、肾组织中钛含量无显著变化;与染毒后1天相比，高剂量染毒后3天、7天，肺组织钛含量显著降低(P＜0.05）。
　　3 Nano-TiO2染毒后大鼠脏器系数的变化
　　纳米二氧化钛染毒后，与对照组相比肝、肾、肺组织各染毒组脏器系数无显著差异。与染毒后1天相比，各剂量组染毒后3天、7天，肝、肾、肺脏器系数无显著差异。
　　4 Nano-TiO2染毒后7天大鼠各组织的病理变化
　　纳米二氧化钛染毒后，大鼠肝脏、肾脏、肺组织均出现不同程度的病理变化。
　　肝:对照组，肝细胞延中央静脉四周呈条索状规则整齐排列，细胞质呈粉红色，染色均匀;低剂量染毒组，细胞排列紊乱，中央静脉远端细胞深染;中剂量染毒组，有炎性细胞出现细胞质呈空泡状出现点状坏死;高剂量染毒组，成群片状坏死。
　　肾:对照组，细胞核呈圆形胞浆丰富，肾小球和小管排列紧密;低剂量染毒组肾小管间隙增大;中剂量染毒组，肾小管水肿出现部分片状坏死;高剂量染毒组，在片状坏死基础上出现轻微肾小球萎缩。
　　肺:对照组，支气管上皮排列整齐官腔规则，肺泡管、肺泡囊完整，肺泡隔弹力纤维和网状纤维正常染色均匀，隔内富于毛细血管网;低剂量染毒组，支气管被炎性细胞浸润支气管官腔不规则;中剂量染毒组，支气管腔更加不规则，肺泡壁增厚间隔增厚;高剂量染毒组，支气管壁破裂结缔组织增多。
　　5 Nano-TiO2染毒后大鼠各组织SOD、GSH-Px活力和MDA含量变化
　　纳米二氧化钛染毒后，大鼠肝、肾、肺组织，SOD、GSH-Px活力和MDA含量均出现不同程度的变化。
　　大鼠肝组织:与对照组相比， SOD、GSH-Px活力均显著降低(P＜0.05)，MDA含量显著升高（P＜0.05）。与染毒后1天相比，中剂量组染毒后3天、7天，SOD活力显著升高(P＜0.05），高剂量组染毒后7天，SOD活力显著升高(P＜0.05）;与染毒后1天相比，各染毒剂量组染毒后3天、7天，GSH-Px活力显著升高(P＜0.05）;与染毒后1天相比，各染毒剂量组染毒后3天，MDA含量无显著变化，染毒后7天，MDA含量显著降低(P＜0.05）。
　　大鼠肾组织:与对照组相比， SOD、GSH-Px活力均显著降低(P＜0.05)，MDA含量显著升高(P＜0.05）。与染毒后1天相比，低、中剂量组染毒后3天、7天，SOD活力显著升高(P＜0.05），高剂量组染毒后7天，SOD活力显著升高(P＜0.05）;与染毒后1天相比，各染毒剂量组染毒后3天、7天，GSH-Px活力显著升高(P＜0.05);与染毒后1天相比，各染毒剂量组染毒后3天，MDA含量无显著变化，低、中剂量组染毒后7天，MDA含量显著降低(P＜0.05），高剂量组染毒后3天、7天，MDA含量无显著变化。
　　大鼠肺组织:与对照组相比， SOD、GSH-Px活力均显著降低(P＜0.05)，MDA含量显著升高(P＜0.05)。与染毒后1天相比，低剂量组染毒后7天，SOD活力显著升高(P＜0.05），中、高剂量组染毒后3天、7天，SOD活力无显著变化;与染毒后1天相比，各剂量组染毒后3天、7天，GSH-Px活力无显著变化;与染毒后1天相比，低剂量组染毒后7天，MDA含量显著降低(P＜0.05)，中、高剂量组染毒后3天、7天，MDA含量无显著变化。
　　6 Nano-TiO2染毒后大鼠各组织OTM和Tail DNA％的变化
　　纳米二氧化钛染毒后，与对照组相比，各剂量组大鼠肝、肾、肺组织中OTM和Tail DNA％均显著增加(P＜0.05);与染毒后1天相比，各剂量组染毒后3天、7天，肝、肾、肺组织中OTM和Tail DNA％无显著差异。
　　7 Nano-TiO2染毒后7天大鼠肺组织中FOXO3a，XRCC1，ChK2和GADD45α蛋白表达水平的变化
　　纳米二氧化钛染毒后，与对照组相比，大鼠肺组织中FOXO3a与XRCC1蛋白表达量显著降低(P＜0.05）;低剂量组ChK2蛋白表达量显著增加(P＜0.05），中剂量组无显著性差异，高剂量组显著降低(P＜0.05）;低剂量组GADD45α蛋白表达量显著增加(P＜0.05)，中、高剂量组显著降低(P＜0.05)。
　　结论
　　1 Nano-TiO2染毒后，Ti可分布于大鼠各组织中。
　　2 Nano-TiO2染毒后，大鼠主要脏器均出现不同程度的病理变化。
　　3 Nano-TiO2染毒后，大鼠组织细胞发生氧化应激。
　　4 Nano-TiO2染毒后，大鼠组织细胞发生DNA损伤，在7天内DNA损伤不能恢复。
　　5 Nano-TiO2染毒后，FOXO3a信号相关蛋白表达受到抑制。

目录

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摘要

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材料与方法

结果

附图

附表

讨论

结论

参考文献

综述 纳米二氧化钛的体内代谢分布和氧化损伤作用

致谢

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