納米氧化鈦引起海馬神經(jīng)元毒性的分子機制研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)，由于其特殊的物理化學性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于水、土壤和空氣凈化、化妝品、食品添加劑和涂料等行業(yè)。它可通過皮膚，呼吸道和消化道進入人體而對人類產(chǎn)生潛在的危害。此外，納米TiO2可以通過嗅覺通路進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）損傷神經(jīng)元細胞。目前，國內(nèi)外對于納米TiO2神經(jīng)毒性和其對學習記憶相關(guān)的海馬區(qū)的損傷已有相關(guān)的研究，但是對于與學習記憶功能密切相關(guān)的海馬神經(jīng)元細胞的研究卻鮮有報道。鑒于此，本論文以具有發(fā)育特性的大鼠原代海

2、馬神經(jīng)元細胞為模型，用不同濃度（5、15和30μg/mL）的納米TiO2（銳鈦型，5 nm）處理細胞24 h，對其引發(fā)的學習記憶損傷相關(guān)的海馬神經(jīng)元凋亡的分子機制和對海馬神經(jīng)元細胞樹突發(fā)育的影響及其機制進行研究。本研究可為納米TiO2長期暴露引起神經(jīng)毒性和學習記憶損傷評估提供重要的理論依據(jù)。
　　論文主要涉及以下內(nèi)容：
　　（1）在這部分研究中，從新生一天的SD大鼠分離培養(yǎng)海馬神經(jīng)元48 h，并使之暴露于5、15和30μg/

3、mL納米TiO2中24 h，隨后研究細胞活力、超微結(jié)構(gòu)和線粒體膜電位、鈣穩(wěn)態(tài)、氧化應(yīng)激、抗氧化能力和細胞凋亡信號通路。研究結(jié)果表明，隨著納米TiO2濃度的增加，原代海馬神經(jīng)元細胞活性下降，與對照相比，細胞活性分別下降了13.78％、20.42%和29.42%，乳酸脫氫酶的釋放增加，和對照相比分別增加了19.54%、36.13%和62.07%。同時納米 TiO2引起了細胞凋亡并且凋亡率呈劑量依賴性，分別是對照的2.51、3.14和4.25

4、倍。此外，納米TiO2導致原代培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元細胞內(nèi)鈣的積累，分別是對照的1.55、2.66和3.76倍，線粒體膜電位（MMP）顯著下降，分別是對照的84.20%，60.00%和38.00%。細胞中細胞色素c（cytochrome c）、caspase-3、Bax、caspase-12、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）和C/ EBP同源蛋白（CHOP）的蛋白表達均上調(diào)，分別是對照的1.54、2.22和3.77倍；2.15、2.85和4.

5、15倍；1.33、2.17和2.83倍；1.10、1.36和1.62倍；1.15、1.27和1.37倍和1.07、1.25和1.40倍，而bcl-2蛋白表達下調(diào)，分別下調(diào)了8.63%、19.76%和34.70%。這些結(jié)果表明，納米TiO2導致的海馬神經(jīng)元凋亡與線粒體介導的信號相關(guān)聯(lián)的通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的信號通路有關(guān)。
　　（2）為了進一步了解神經(jīng)毒性的分子機制，用不同濃度納米 TiO2（5、15和30μg/mL）處理生長到第四天的原

6、代海馬神經(jīng)元24 h，接著分析了納米TiO2在細胞中的分布，樹突發(fā)育，谷氨酸代謝，谷氨酸受體（NMDAR）亞基（NR1、NR2A和 NR2B）的蛋白表達水平，細胞中鈣離子濃度和鈉鉀電流。結(jié)果表明納米TiO2很容易通過細胞膜進入細胞質(zhì)和細胞核，并且嚴重影響原代海馬神經(jīng)元細胞樹突發(fā)育，突起的長度與對照相比分別下降了6.92%、28.91%和55.54%。此外，納米TiO2引起細胞中谷氨酸代謝紊亂，細胞外谷氨酸釋放量和磷酸化激活的谷氨酰胺酶的

7、活性均增加，與對照相比分別增加了7.75%、16.27%和26.26%；27.27%、63.64%和90.91%；降低了谷氨酰胺量和谷氨酰胺合成酶的活性，與對照相比分別下降了14.54%、29.04%和54.22%；10.25%、20.51%和30.77%；同時一氧化氮（NO）含量和一氧化氮合酶（NOS）活性增加，分別比對照的增加了0.19、0.49和1.02倍；0.17、0.38和0.59倍。納米TiO2導致細胞內(nèi)鈣離子的濃度增加，分

8、別是對照的1.35、2.75和4.45倍。納米TiO2處理的原代海馬神經(jīng)中受體亞基NR1、NR2A和NR2B蛋白均表達下調(diào)，與對照相比分別下調(diào)了9.62%、12.00%和25.30%；4.39%、14.22%和39.85%；1.61%、16.04%和26.07%。此外，納米TiO2降低了Ca2+-ATPase和 Na+/K+-ATPase的活性，即分別下降了9.46%、29.04%和45.32%，12.96%、23.28%和50.80%