城市道路周邊大氣細(xì)顆粒物對(duì)大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性的初步研究.pdf

1、目的：
　　大氣顆粒物中的可入肺顆粒物PM1（空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑＜1μm，PM1）占PM2.5顆粒物數(shù)量的絕大部分，是形成灰霾天氣的重要成分。PM1是由重金屬、多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)組成的混合物，具有粒徑小、質(zhì)量輕、數(shù)量多等特點(diǎn)，極易吸收進(jìn)入血液，與人群健康關(guān)系密切。本研究采集城市道路周邊大氣細(xì)顆粒物PM1對(duì)大鼠進(jìn)行呼吸道染毒，觀察PM1對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的潛在毒性，并初步探討其對(duì)CNS的毒作用機(jī)制，旨在為城市空氣污染對(duì)相關(guān)暴露

2、人群CNS影響的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)及理論參考。
　　方法：
　　1.PM1樣品采集
　　本研究采用芬蘭Dekati公司生產(chǎn)的DLPI-撞擊式多級(jí)顆粒物采樣器在城市主要交通干道旁1m處（采樣口距離地面高度為1.5m）采集大氣細(xì)顆粒物。采樣濾膜選用Whatman公司生產(chǎn)的聚碳酸酯濾膜，采樣流量為30L/min。每24h更換一次濾膜，雨雪天停止采樣。采樣時(shí)間為2013年11月16日至2014年5月12日。
　　2.PM1

3、染毒
　　SPF級(jí)健康雄性大鼠50只，隨機(jī)分為5組，每組10只，分別為:空白對(duì)照組、生理鹽水組和低（1.5mg/kg）、中（7.5mg/kg）、高（37.5mg/kg）劑量大氣細(xì)顆粒物(PM1)染毒組。大鼠經(jīng)乙醚麻醉后，按2.5ml/(kg·bw)經(jīng)氣管滴注PM1顆粒物懸浮液進(jìn)行染毒，隔天染毒1次，共染毒3次，末次染毒7天后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
　　3.一般狀態(tài)觀察
　　每日觀察各組大鼠的一般狀況，定期稱重并記錄，并于實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)

4、測(cè)定全腦、皮層及海馬臟器系數(shù)。
　　4.PM1染毒對(duì)大鼠CNS毒性效應(yīng)觀察
　　4.1各組動(dòng)物在末次染毒7天后，利用Morris水迷宮測(cè)定大鼠的學(xué)習(xí)記憶功能，記錄大鼠的逃避潛伏期、總路程、平均穿越次數(shù)等指標(biāo)。
　　4.2水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每組隨機(jī)選擇2只大鼠取腦，做常規(guī)病理切片，經(jīng)蘇木素-伊紅染色后，對(duì)各組大鼠腦皮層和海馬組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。
　　4.3采用ELISA法測(cè)定海馬組織中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素(NE

5、)、多巴胺(DA)和5-羥色胺(5-HT)的變化。
　　5.PM1染毒對(duì)大鼠CNS毒作用機(jī)制探討
　　5.1實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)將各組大鼠斷頭取血，低溫離心取血清，并迅速解剖取新鮮的腦皮層部分用于制備組織勻漿，利用試劑盒測(cè)定血清及腦皮層中T-SOD活力、GSH-Px活力、總抗氧化能力(T-AOC)、GSH和MDA含量。
　　5.2取大鼠部分腦皮層組織，采用ELISA方法測(cè)定IL-1β、IL-6、TNF-α的含量;并運(yùn)用免疫組化染

6、色觀察核因子κB(NF-κB)表達(dá)的變化。
　　5.3采用TUNEL法觀察大鼠腦皮層和海馬組織神經(jīng)細(xì)胞凋亡情況。
　　結(jié)果：
　　1.PM1染毒對(duì)大鼠體重及全腦、海馬、皮層臟器系數(shù)的影響
　　1.1各組大鼠染毒后一般狀況未見(jiàn)明顯異常。實(shí)驗(yàn)期間對(duì)照組體重持續(xù)增長(zhǎng)，各染毒組體重出現(xiàn)波動(dòng)，生理鹽水組及低、中劑量染毒組在染毒后第5或第7天體重顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），其它各組動(dòng)物體重與對(duì)照組及生理鹽水組比較無(wú)顯著性

7、差異（P＞0.05）。
　　1.2中、高劑量組全腦臟器系數(shù)與對(duì)照組比較顯著降低（P＜0.05），高劑量組全腦臟器系數(shù)與生理鹽水組比較顯著下降（P＜0.05），各組皮層及海馬臟器系數(shù)與對(duì)照組及生理鹽水組比較均無(wú)顯著變化（P＞0.05）。
　　2.PM1染毒對(duì)大鼠CNS的毒性效應(yīng)
　　2.1定位航行實(shí)驗(yàn)中，中、高劑量染毒組在正式實(shí)驗(yàn)第3、4天表現(xiàn)出逃避潛伏期較對(duì)照組及生理鹽水組延長(zhǎng)(P＜0.05);中、高劑量染毒組在第3、

8、4天的總路程均顯著高于對(duì)照組及生理鹽水組(P＜0.05);其余各天各組逃避潛伏期和總路程均無(wú)顯著變化(P＞0.05)?？臻g探索實(shí)驗(yàn)中，各染毒組穿越目標(biāo)次數(shù)與對(duì)照組比較均較低(P＜0.05)，高劑量組穿越次數(shù)與生理鹽水組比較也顯著降低（P＜0.05）;中、高劑量染毒組其周邊活動(dòng)路程均顯著低于對(duì)照組及生理鹽水組(P＜0.05);其余各組平均穿越次數(shù)、周邊活動(dòng)路程及周邊活動(dòng)時(shí)間均無(wú)顯著變化（P＞0.05）。
　　2.2病理切片可見(jiàn)，對(duì)照

9、組及生理鹽水組各部分組織、細(xì)胞未見(jiàn)明顯異常，表現(xiàn)為各腦區(qū)著色均勻，組織結(jié)構(gòu)清晰致密，神經(jīng)細(xì)胞多呈橢圓形、錐體形及不規(guī)則形，細(xì)胞核藍(lán)染，輪廓較清楚。各染毒組大鼠腦皮層和海馬神經(jīng)元出現(xiàn)不同程度的病理改變，可見(jiàn)細(xì)胞排列紊亂、神經(jīng)元數(shù)量減少、核固縮、染色質(zhì)溶解等現(xiàn)象。且隨著染毒劑量增高，異常組織形態(tài)出現(xiàn)愈多，病理改變愈嚴(yán)重，中、高劑量組神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)水腫、空泡狀改變，海馬組織還可見(jiàn)液化性壞死。
　　2.3大鼠海馬單胺類神經(jīng)遞質(zhì)測(cè)定結(jié)果顯示，

10、高劑量組5-HT、DA含量均顯著低于對(duì)照及生理鹽水組（P＜0.05）;低、中、高各染毒組NE含量均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），中、高劑量組NE含量與生理鹽水組比較也顯著升高(P＜0.05)，其余指標(biāo)各組與對(duì)照組及生理鹽水組比較均無(wú)顯著變化(P＞0.05)。
　　3.PM1染毒對(duì)大鼠CNS毒作用機(jī)制的探討
　　3.1血清氧化應(yīng)激指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，各染毒組血清MDA含量與對(duì)照組比較顯著升高(P＜0.05)，高劑量組與生理鹽水

11、組比較也出現(xiàn)顯著升高(P＜0.05);低、中、高劑量組血清T-AOC均顯著低于對(duì)照組及生理鹽水組(P＜0.05);GSH中劑量組顯著低于生理鹽水組(P＜0.05)，高劑量組顯著低于對(duì)照及生理鹽水組(P＜0.05);高劑量組血清GSH-Px含量與對(duì)照組及生理鹽水組比較顯著降低(P＜0.05);其余各組各指標(biāo)與對(duì)照組和生理鹽水組比較均無(wú)顯著變化（P＞0.05）。皮層組織氧化應(yīng)激指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，與空白對(duì)照組比較，高劑量組T-SOD活力下降（

12、P＜0.05），各染毒組MDA含量均升高(P＜0.05)，中、高劑量組T-AOC均顯著降低（P＜0.05），其余各組各指標(biāo)差異無(wú)顯著性（P＞0.05）;與生理鹽水組比較，中、高劑量組T-SOD活力均下降(P＜0.05)，MDA含量均升高（P＜0.05），T-AOC均降低(P＜0.05)，其余各指標(biāo)均無(wú)顯著變化(P＞0.05)。
　　3.2大鼠腦皮層炎性細(xì)胞因子測(cè)定結(jié)果顯示，中、高劑量組TNF-a的含量與對(duì)照組及生理鹽水組比較均顯著

13、升高（P＜0.05），低劑量組TNF-a的含量與對(duì)照組比較也顯著升高(P＜0.05);高劑量組IL-1β含量與對(duì)照組及生理鹽水組比較顯著升高(P＜0.05);其余各組各指標(biāo)均無(wú)顯著變化(P＞0.05)。免疫組化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，中、高劑量組腦皮層和海馬組織中NF-κB的表達(dá)與對(duì)照組和生理鹽水組比較顯著升高(P＜0.05)。
　　3.3 TUNEL結(jié)果顯示，與對(duì)照組及生理鹽水組比較，中、高劑量組皮層和海馬TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞率均顯著升高（

14、P＜0.05）。
　　結(jié)論：
　　1.本研究條件下經(jīng)呼吸道進(jìn)行的PM1染毒可使大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力下降，影響CNS功能。
　　2.本實(shí)驗(yàn)劑量下PM1染毒可引起大鼠腦皮層和海馬組織出現(xiàn)病理性損傷。
　　3.PM1染毒可引起大鼠海馬組織內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)NE、DA、5-HT含量發(fā)生變化。
　　4.PM1染毒可引起大鼠血清和腦皮層組織內(nèi)氧化應(yīng)激水平升高。
　　5.PM1染毒可引起大鼠腦皮層細(xì)胞內(nèi)炎性細(xì)胞因子T