Fe3O4纳米颗粒对大鼠肠道菌群、短链脂肪酸与血清生化指标的影响

摘要

目的：研究Fe3O4纳米颗粒暴露对SD大鼠生理生化、肠道短链脂肪酸、肠道菌群的影响，并探讨肠道微生物群落结构的变化和菌群代谢紊乱对机体的影响。
　　方法：SD大鼠分为对照、低、高剂量组（剂量分别为0、185、740mg/kg），每日灌胃Fe3O4纳米颗粒，连续28d，每周称量体重1次并以逼迫法采集新鲜粪便样品。于第28d剖杀，取血清，称量肝脏、肾脏、脾脏、心脏、肺脏、脑、卵巢、睾丸等脏器重量，计算脏器系数。取肝脏、结肠组织进行苏木精伊红（HE）染色，观察病理改变。运用酶标法测定血清中谷草转氨酶（AST），谷丙转氨酶（ALT），丙二醛(MDA)，超氧化物歧化酶(SOD)，还原型谷胱甘肽（GSH），一氧化氮（NO），尿素氮（BUN），肌酐(Cr)和尿酸（UA）等浓度。运用气相色谱法测定粪便中乙酸、丙酸和丁酸的含量。运用聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)分析肠道菌群结构的差异。运用高通量测序技术定量分析肠道微生物群落的改变情况。
　　结果：经Fe3O4纳米颗粒暴露的大鼠，各剂量组在第1、2、3和4周时的体重均无统计学差异（P>0.05）。与对照组相比，雌鼠低剂量组和高剂量组的肝脏、脾脏、肺脏、心脏和卵巢等的脏体比等均无统计学差异（P>0.05）。但高剂量组的肾体比显著增高、脑体比显著下降（P<0.05），而低剂量组肾体比和脑体比无统计学差异（P>0.05）。与对照组相比，雄鼠各剂量组的间脏器系数均无统计学差异（P>0.05）。
　　病理切片结果显示：与对照组相比，雌鼠和雄鼠低、高剂量组的肝脏组织均可见到大量炎性细胞浸润，血窦扩张显著，小叶界限欠清，汇管区静脉及肝内血窦轻度扩张，肝细胞索排列凌乱，胞膜之间界限不清晰，部分肝细胞体积变小，核仁部位着色变淡或碎裂，而肝巨噬细胞增多；结肠组织低、高剂量组雌鼠和雄鼠部分上皮细胞出现空泡变性，杯状细胞排列疏松，呈柱状吸收细胞减少，胞浆淡染，核形不规则。
　　暴露28d时，与对照组相比，雌鼠和雄鼠各剂量组间血清中的AST、ALT、BUN、Cr、UA、MDA、GSH和NO等含量均无统计学差异（P>0.05）；雌鼠和雄鼠高剂量组SOD含量均显著下降（P<0.05），而低剂量组SOD含量改变无统计学差异（P>0.05）。
　　与对照组相比，暴露28d，雄鼠低剂量组和高剂量组粪便中乙酸含量显著下降（P<0.05）；雌鼠低剂量组和高剂量组丙酸含量升高显著（P<0.05）；雌鼠高剂量组粪便丁酸含量升高显著（P<0.05），而雄鼠高剂量组粪便丁酸含量降低显著（P<0.05）。
　　粪便细菌高通量测序后，与对照组相比，高剂量组雌鼠菌群多样性Simpson和Shannon有统计学差异（P<0.05），高剂量组雄鼠菌群丰度Ace和 Chao1有统计学差异（P<0.05）。
　　雌鼠对照组与高剂量组厚壁菌门分别占65.23％，30.44%，拟杆菌门分别占27.32%，37.21%；雄鼠对照组与高剂量组厚壁菌门分别占61.58%，49.05%，拟杆菌门分别占34.48%，32.62%。
　　雌鼠对照组与高剂量组拟杆菌纲分别占27.27%，37.23%，梭菌纲分别占57.62%，19.98%，γ-变形菌纲分别为8.9%，23.3%，拟杆菌纲、梭菌纲在各组中丰富度最高。雄鼠对照组与高剂量组拟杆菌纲分别占34.07%，32.53%，梭菌纲分别占39.78%，38.20%。
　　雌鼠对照组与高剂量组普雷沃氏菌科分别占10.52%，23.56%，毛螺旋菌科分别为23%，10.52%，瘤胃菌科分别占17.33%，8.99%。雄鼠雌鼠对照组与高剂量组普雷沃氏菌科分别占23.63%，24.90%，毛螺旋菌科分别为16.79%，12.37%，瘤胃菌科分别占19.44%，17.55%。
　　结论：成年SD大鼠四氧化三铁纳米（Nano–Fe3O4）颗粒暴露可能影响了肠道微生物群落的结构变化和菌群代谢紊乱，改变了肠道中短链脂肪酸的构成比例，对大鼠生理生化的代谢产生一定影响，可能对机体有一定的损伤作用。

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缩略词表

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1前言

2材料与方法

2.1仪器和试剂

2.2动物来源与处理

2.3血清生化指标的测定

2.4 PCR-DGGE技术肠道菌群结构多样性的检测

2.5高通量测序技术肠道菌群多样性的检测

2.6短链脂肪酸的测定[33]

2.7统计分析

3结果

3.1 Fe3O4纳米颗粒对大鼠生长发育状况的影响

3.2 Fe3O4纳米颗粒对大鼠肝脏、结肠组织病理学改变影响

3.3 Fe3O4纳米颗粒对大鼠血清生化指标检测结果影响

3.4 Fe3O4纳米颗粒对大鼠肠道菌群的影响PCR-DGGE分析

3.5大鼠肠道菌群高通量测序质量及多样性统计分析

3.6 Fe3O4纳米颗粒对大鼠肠道内短链脂肪酸含量的影响

4讨论

4.1 Fe3O4纳米颗粒对大鼠生长发育状况的影响

4.2 Fe3O4纳米颗粒对大鼠肝脏、结肠组织病理学改变影响

4.3 Fe3O4纳米颗粒对大鼠血清生化指标检测结果影响

4.4大鼠肠道菌群高通量测序质量及多样性统计分析

4.5 Fe3O4纳米颗粒对大鼠肠道内短链脂肪酸含量的影响

5结论

参考文献

附录

致谢

综述:纳米材料对机体的毒性作用及其影响因素