共暴露TiO2納米材料和鎘加劇了ConA誘導的肝炎模型小鼠的肝損傷.pdf

1、重金屬離子鎘，在ATSDR20種危險物質(zhì)中被列為第八大環(huán)境污染物。鎘污染主要來源于工業(yè)廢氣、廢水排放，廢渣堆積以及農(nóng)業(yè)上農(nóng)藥和肥料的使用。人類可能通過多種途徑暴露鎘，比如:吸入含鎘的顆粒物，攝入含鎘污水和食物，鎳鎘電池工業(yè)和電鍍等職業(yè)暴露。鎘進入血液循環(huán)，主要蓄積在人體肝臟、腎臟和骨中，引起器官損傷以及骨質(zhì)損傷，還可誘發(fā)癌癥。
　　TiO2納米材料(TNP)由于具有獨特的表面性質(zhì)，已被廣泛應用到各個領域，比如:涂料、顏料、光電池、

2、化妝品以及生物醫(yī)藥領域。在生產(chǎn)、使用和處理過程中納米材料很有可能被釋放到環(huán)境（大氣、水、土壤等）中去。由于納米材料較大的比表面積，他們不可避免地吸附環(huán)境中的污染物，極大的增加了人群同時暴露他們的幾率并造成潛在的健康風險。因而評價兩者共同暴露可能引發(fā)的毒性效應是納米材料安全性評價的重要內(nèi)容。在水生生物中已有的研究表明，納米材料與環(huán)境污染物間的相互作用不僅會影響納米材料的遷移沉降，環(huán)境中的污染物也因為納米材料的存在改變其原有的生物利用度和毒

3、性。而目前有關納米材料和重金屬共同暴露嚙齒類動物的毒性研究很少，并且在嚙齒類動物的疾病模型中的研究尚未見報道。
　　研究表明，TNP進入小鼠體內(nèi)后主要累積在肝臟，由氧化應激引起肝損傷，主要表現(xiàn)為血清中轉(zhuǎn)氨酶的升高，肝內(nèi)炎癥因子釋放，肝細胞損傷加重等。鎘作為環(huán)境中（主要是水中和土壤中）廣泛存在的重金屬，其急性暴露可誘發(fā)肝毒性，鎘除了與含巰基的蛋白結(jié)合產(chǎn)生活性氧引起氧化應激外，還可以激活枯否使細胞釋放促炎細胞因子加劇肝損傷。那么兩種物

4、質(zhì)共同暴露后，對哺乳動物的肝臟會產(chǎn)生怎樣的毒性效應？對肝炎小鼠和正常小鼠的肝臟毒性有何差異呢？
　　本研究圍繞以上問題，采用靜脈注射的方式暴露鎘、TNP和兩者共同暴露小鼠，考查在生物利用度為100％時，相同劑量的TNP和鎘共同暴露比單獨TNP或者鎘暴露在健康和肝炎小鼠兩種模型中引起的毒性效應，并且探索了共暴露引起肝損傷加重可能的毒性機制。
　　本文分三部分對實驗內(nèi)容進行了闡述。
　　第一部分，小鼠尾靜脈注射15 mg/

5、kg或20 mg/kg B.W.刀豆蛋白（ConA）后，在不同時間點(3，6，8，12，24 h)，通過檢測血清生化、促炎因子以及肝臟病理，系統(tǒng)評價了ConA誘導的肝損傷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20 mg/kg B.W.ConA劑量條件下作用6h，小鼠各項指標與肝炎表現(xiàn)有較好的吻合，可作為肝炎模型建立的條件。
　　第二部分，TNP與鎘共同暴露對小鼠的毒性效應研究。通過設置溶劑對照組(saline)、鎘暴露(1.0 mg/kg B.W.)組、T

6、NP(15 mg/kg B.W.)暴露組以及TNP和鎘共同暴露(TNP:15 mg/kg B.W.，鎘:1.0 mg/kg B.W.)組，我們首先系統(tǒng)評價了各暴露條件下健康小鼠的肝臟功能。研究發(fā)現(xiàn)，健康小鼠在以上三種暴露模式下，臟器系數(shù)，肝功指標和炎性因子釋放與溶劑對照組都沒有顯著性差異，材料暴露也沒有引起小鼠肝臟的任何病理學改變。因此，共同暴露較低劑量的TNP和鎘不會引起顯著性的肝損傷。此外，我們還通過設置與健康小鼠暴露相同劑量的正常

7、對照組、肝炎對照組、鎘暴露肝炎組、TNP暴露肝炎組以及共同暴露TNP和鎘的肝炎組，系統(tǒng)研究了TNP與鎘共同暴露對ConA誘導的肝炎小鼠肝損傷的影響。各暴露組材料預暴露48 h后，以20 mg/kg劑量靜脈注射ConA，6h后到達肝炎組檢測終點。實驗結(jié)果顯示，ConA誘導的肝炎組小鼠比正常對照小鼠臟器系數(shù)顯著增大，但肝炎組間無差異;肝炎組預共暴露鎘和TNP引起較單獨暴露鎘或TNP更為顯著的血清中轉(zhuǎn)氨酶（ALT和AST）水平的升高。因此，鎘

8、和TNP共同暴露在ConA誘導的肝炎模型鼠中造成了更嚴重的肝損傷。對各暴露組小鼠肝臟的病理學檢測結(jié)果顯示，鎘和TNP共暴露引起了更為嚴重的肝臟炎細胞浸潤。對上述病理學結(jié)果的半定量打分結(jié)果也顯示，鎘與TNP共暴露引起更嚴重的肝臟病理學的改變。
　　第三部分，我們探究了共暴露鎘和TNP在肝炎小鼠模型中引起肝損傷加重的可能機制。通過對檢測終點各暴露組小鼠臟器中鈦和鎘的含量的分析，我們發(fā)現(xiàn)，TNP主要累積在肝、脾和肺中，相對于TNP單獨暴

9、露，鎘和TNP共暴露沒有改變TNP在肝炎模型鼠肝臟中的累積;鎘主要累積在肝和腎中，共暴露顯著增加了肝炎模型鼠肝臟中鎘的累積。為進一步明確鈦和鎘在共暴露情況下的體內(nèi)累積過程，我們測定了不同暴露時間條件下(2、6、12、24、48、54 h)鈦和鎘在肝炎模型鼠肝臟中的累積。結(jié)果顯示，TNP和鎘共暴露與TNP單獨暴露條件下，肝炎模型鼠肝臟中的Ti含量表現(xiàn)出相似的動態(tài)變化過程;而相較于鎘單獨暴露，共暴露條件下肝炎模型鼠肝臟中的鎘含量在各檢測時間

10、點都表現(xiàn)出顯著性的增大。通過計算濃度-時間曲線下面積，我們發(fā)現(xiàn)，共暴露沒有改變Ti在肝炎模型鼠肝臟中的積累，而鎘的積累在共暴露時增大了30％。因此，共暴露條件下，TNP可能促進了鎘離子在肝臟中的積累。隨后，我們對三種暴露情況下肝臟的氧化應激水平進行了分析，結(jié)果顯示，共暴露TNP和鎘在肝臟中引起更為顯著的GSH水平的降低和MDA水平的升高。對肝臟中炎癥因子水平的檢測結(jié)果顯示，共暴露TNP和鎘引起了更高水平的TNF-α和IL-1β的釋放。此

11、外，我們還發(fā)現(xiàn)，TNP和鎘共暴露引起更高水平的肝細胞自噬標志蛋白LC3以及凋亡蛋白PARP的表達。
　　綜上，共暴露TNP和鎘促進鎘在肝臟中的累積，但是卻沒有改變TNP的累積，因此TNP可能提供了鎘載體。相比健康小鼠，肝炎小鼠自身具有對炎癥的敏感性，鎘或者TNP引起了肝內(nèi)炎癥增強，共暴露兩者引起了比TNP或者鎘暴露更嚴重的肝損傷。肝損傷加劇可能的機制是:共暴露兩者產(chǎn)生了更多的氧化應激，枯否使細胞的激活使其釋放更多炎性因子，并且造成