不同粒径纳米二氧化钛气管暴露对大鼠氧化应激和DNA损伤作用的研究

摘要

目的:纳米材料因其在电学、热学及光学等方面的独特性能，广泛用于医药、化工、计算机、半导体、光学、环境保护、化妆品等许多领域。纳米二氧化钛(Nanoparticle titanium dioxide，Nano-TiO2)是纳米材料的一种，作为新型光催化剂广泛应用于环境污染物的降解和处理。纳米二氧化钛生产和使用过程中可以进入环境，对环境和生物体产生潜在风险;因此，研究纳米材料对机体产生的健康损害，并探讨其可能的机理就具有十分重要的意义。本文拟通过非暴露式气管注入方法，模拟呼吸道吸收途径，探讨不同粒径纳米二氧化钛对大鼠氧化应激和DNA的损伤作用，为纳米TiO2的毒理学评价及安全应用提供参考资料。
　　 方法:
　　 1、36只健康Wistar雄性大鼠，随机分为三组，每组12只。实验组采用非暴露式气管注入法进行染毒，分别给予50nm和120nmTiO2，剂量为2g/kg体重，对照组给予等体积的蒸馏水。观察一周后处死动物取材并进行相应项目的检测。
　　 2、大鼠体内Ti含量测定:利用微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法检测Nano-TiO2染毒后大鼠肝脏、肾脏、肺和皮层组织内的Ti含量。
　　 3、组织病理学观察:制作肝脏、肾脏、肺和海马组织病理切片，光镜下观察Nano-TiO2染毒后脏器的病理变化。
　　 4、DNA损伤的测定:运用单细胞凝胶电泳试验(SCGE)，检测Nano-TiO2染毒后，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层、海马组织细胞OTM值的变化。
　　 5、细胞氧化损伤指标的测定:利用试剂盒检测Nano-TiO2染毒后，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层和海马组织中MDA含量以及SOD、GSH-Px活力的变化。
　　 6、细胞内活性氧水平的测定:二氢二氯荧光黄双乙酸钠(DCFH-DA)作为荧光探针，采用流式细胞检测技术检测Nano-TiO2染毒后，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层、海马组织细胞内的活性氧(ROS)水平。
　　 7、GADD45α基因mRNA表达的测定:采用聚合酶链式反应(PCR)方法，检测Nano-TiO2染毒后，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层、海马组织细胞内DNA损伤诱生蛋白45α(GADD45α)基因mRNA表达水平的变化。
　　 结果:
　　 1、Nano-TiO2对大鼠的一般状况的影响
　　 各组大鼠全部存活。染毒当日、次日，对照组与染毒组均出现饮水、进食量减少，行动慢、活动少，第三日恢复正常，其余未见异常改变。体重正常上升，染毒组与对照组无显著差别。
　　 2、Nano-TiO2对大鼠各组织中Ti含量的影响
　　 纳米二氧化钛染毒后，大鼠肝、肾、肺、大脑皮层各组织中Ti含量均有显著增高（P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，皮层组织中Ti含量显著高于120nm TiO2染毒组(P＜0.05）;肝脏、肾脏、肺组织中Ti含量虽有所升高，但无统计学意义。
　　 3、Nano-TiO2染毒后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、肺和海马组织均出现不同程度的病理变化。染毒组大鼠肝组织出现细胞排列紊乱、水肿，细胞体积增大，细胞质呈空泡状，并有炎性细胞出现，部分区域出现成群片状坏死;肾脏出现肾小管水肿，肾小囊增大，并有片状坏死，肾小球萎缩，间隙增大等变化;肺组织出现肺泡隔增厚，结缔组织增多;海马组织出现细胞核收缩变形，呈不规则形状，异染色质多、常染色质少，三角形嗜酸性粒细胞增多等变化。上述组织的病理变化程度，在50nmTiO2染毒组较120nmTiO2染毒组严重。
　　 4、Nano-TiO2对大鼠DNA损伤的影响
　　 与对照组相比，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层和海马细胞的OTM均显著增加，(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，肾脏、海马细胞的OTM值显著高于120nm TiO2染毒组(P＜0.05);肝脏、肺、皮层细胞的OTM值有所增加，但无统计学意义。
　　 5、Nano-TiO2对大鼠氧化应激水平的影响
　　 5.1、Nano-TiO2对大鼠组织细胞内ROS水平的影响与对照组相比，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层和海马细胞中ROS水平均显著升高(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，肾脏、海马细胞的ROS水平显著高于120nm TiO2染毒组(P＜0.05）;肝脏、肺、皮层细胞的ROS水平虽有所增加，但无统计学意义。
　　 5.2、Nano-TiO2对大鼠组织细胞中MDA含量和SOD、GSH-Px活性的影响与对照组相比，大鼠肝脏中MDA含量明显升高，SOD、GSH-Px活性均显著降低(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，MDA含量显著高于120nmTiO2染毒组（P＜0.05），SOD、GSH-Px活性有所下降，但无统计学意义。
　　 与对照组相比，大鼠肾脏中MDA含量明显升高，SOD、GSH-Px活性均显著降低(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，GSH-Px活性显著低于120nmTiO2染毒组(P＜0.05），SOD活性有所下降但无统计学意义，而MDA含量未见显著改变。
　　 与对照组相比，大鼠肺组织中MDA含量明显升高，SOD、GSH-Px活性均显著降低(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，MDA含量显著高于120nmTiO2染毒组(P＜0.05），SOD、GSH-Px活性有所下降，但无统计学意义。
　　 与对照组相比，大鼠皮层中MDA含量明显升高，SOD、GSH-Px活性均显著降低(P＜0.05）。50nmTiO2染毒组较120nm TiO2染毒组上述改变无统计学意义。
　　 与对照组相比，大鼠海马中MDA含量明显升高，SOD、GSH-Px活性均显著降低(P＜0.05）。50nmTiO2染毒后，MDA含量显著高于120nmTiO2染毒组(P＜0.05），SOD、GSH-Px活性有所下降，但无统计学意义。
　　 6、Nano-TiO2对大鼠组织中GADD45α基因mRNA表达水平的影响
　　 与对照组相比，大鼠肝脏、肾脏、肺、皮层和海马细胞中GADD45α基因mRNA表达水平均显著升高（P＜0.05）。50nmTiO2染毒与120nm TiO2染毒组之间未见显著差异。
　　 结论:
　　 1、纳米二氧化钛染毒后，Ti元素可分布于大鼠肝、肾、肺、脑等脏器中;并使这些脏器出现不同程度的病理损害。
　　 2、纳米二氧化钛染毒后，可使大鼠各脏器细胞发生DNA损伤;各脏器发生氧化应激，出现氧化损伤;并可大鼠GADD45α基因mRNA表达水平升高。
　　 3、随着Nano-TiO2粒径的减小，对大鼠的损害作用有增加的趋势，但Nano-TiO2粒径与其损害作用之间的关系，需进一步深入研究。

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