納米氧化鈦導(dǎo)致小鼠腎損傷的分子機(jī)制研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)因具有獨(dú)特的光催化特性、耐化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性,已廣泛應(yīng)用于化妝品、涂料、食品添加劑、空氣凈化、廢水處理、殺菌等領(lǐng)域。因此,納米TiO2將不可避免地進(jìn)入環(huán)境并通過(guò)不同的途徑進(jìn)入人體,引起相應(yīng)的毒理學(xué)效應(yīng),其對(duì)人體的潛在毒性已引起科學(xué)界的高度關(guān)注。作為納米顆粒作用的重要靶器官,納米TiO2對(duì)腎臟的損傷作用值得深入研究。目前,國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展納米TiO2暴露引起的腎毒性的研究,但對(duì)其分子機(jī)制的研究尚未深入。因此,本論文主

2、要研究納米TiO2低劑量長(zhǎng)期暴露對(duì)腎臟的毒性損傷作用及其可能的分子機(jī)制,為制定納米TiO2使用安全標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)納米TiO2生物學(xué)效應(yīng)提供了重要的理論依據(jù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、偶{米TiO2可導(dǎo)致小鼠腎臟發(fā)生炎癥反應(yīng),但其作用機(jī)制仍不清楚。在本研究中,以不同劑量(2.5、5和10 mg/kg)的納米TiO2對(duì)小鼠持續(xù)90天灌胃處理,分析腎臟中核轉(zhuǎn)錄因子–κB(NF–κB)、腫瘤壞死因子–α(TNF–α)、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(M

3、IF)、白細(xì)胞介素-2(IL–2)、白細(xì)胞介素-4(IL-4)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-8(IL-8)、白細(xì)胞介素-10(IL-10)、白細(xì)胞介素-18(IL-18)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、交叉反應(yīng)蛋白(CRP)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)、干擾素(INF-γ)、細(xì)胞色素P4501A1(CYP1A1)及熱休克蛋白70(HSP70)的表達(dá)水平,并測(cè)定腎功能生化指標(biāo),評(píng)估腎組織病理變化。結(jié)果表明,納米TiO2顆粒在

4、腎臟中積累,導(dǎo)致腎炎癥、細(xì)胞壞死和腎功能紊亂。RT-PCR和 ELISA結(jié)果進(jìn)一步表明納米TiO2可誘導(dǎo)小鼠腎臟中NF–κB、TNF–α、MIF、IL–2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-1β、CRP、TGF-β、INF-γ和CYP1A1表達(dá)的顯著增加,卻抑制了HSP70的表達(dá)。這些結(jié)果表明,納米TiO2引起的小鼠腎損傷可能與炎癥相關(guān)因子表達(dá)的改變及腎臟對(duì)納米TiO2解毒作用的降低有關(guān)。
　?、茷榱诉M(jìn)一

5、步研究納米TiO2導(dǎo)致腎損傷的分子機(jī)制,本研究以不同劑量(2.5、5和10 mg/kg)的納米TiO2對(duì)小鼠持續(xù)6個(gè)月灌胃處理,分析腎臟的生化功能指標(biāo)、病理學(xué)變化、氧化脅迫水平、谷胱甘肽水平以及與氧化炎癥相關(guān)基因表達(dá)水平的變化情況。結(jié)果顯示納米TiO2長(zhǎng)期暴露后小鼠的腎臟出現(xiàn)明顯的活性氧積累及脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的過(guò)氧化,同時(shí)伴隨腎功能的紊亂、炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、脂肪變性和細(xì)胞的凋亡等病變。納米TiO2抑制基因Nrf2和Nrf2靶基因產(chǎn)物如

6、血紅素加氧酶1、谷氨酸半胱氨酸連接酶催化亞基和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的表達(dá),降低總谷胱甘肽的含量,同時(shí)促進(jìn)氧化炎癥相關(guān)基因產(chǎn)物如 NAD(P)H氧化酶亞基(NOX4)、環(huán)氧合酶-2和核因子-κB(NF-κB)的表達(dá)。這說(shuō)明長(zhǎng)期納米TiO2暴露可導(dǎo)致小鼠腎的氧化和炎癥損傷。
　?、羌{米TiO2能在腎臟中積累并導(dǎo)致一系列的損傷,但腎損傷的多基因共同作用的分子機(jī)制卻知之甚少。因此將小鼠通過(guò)連續(xù)90天的10 mg/kg TiO2納米TiO2灌

7、胃后,利用全基因組基因芯片技術(shù)研究腎臟基因表達(dá)的變化情況。結(jié)果表明納米TiO2在腎中積累導(dǎo)致小鼠體重下降、腎指數(shù)增加和腎組織中營(yíng)養(yǎng)元素分布失衡,同時(shí)導(dǎo)致腎組織中腎小球數(shù)量的顯著減少、細(xì)胞凋亡、炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、組織壞死或腎小管壞死。此外,基因芯片數(shù)據(jù)表明腎臟中有1246個(gè)基因差異性表達(dá)。其中,1006個(gè)已知功能基因的表達(dá)變化分別與免疫炎癥反應(yīng)、凋亡、生物過(guò)程、氧化應(yīng)激、離子運(yùn)輸、代謝過(guò)程、細(xì)胞周期、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞成分、轉(zhuǎn)錄、翻譯和細(xì)胞分化

8、有關(guān)。尤其是, Bcl6、Cfi和 Cfd的上調(diào)引起明顯的免疫炎癥反應(yīng);Cyp4a12a、Cyp4a12b、Cyp24a1和 Akric18表達(dá)的顯著改變導(dǎo)致嚴(yán)重的氧化應(yīng)激;Axud1、Birc5、Ccl19、Ccl21和E2F1的差異性表達(dá)導(dǎo)致腎細(xì)胞凋亡。因此,Axud1、Bcl6、Cf1、Cfd、Cyp4a12a、Cyp4a12b、Cyp24a1、Birc5、Ccl19、Ccl21和E2F1可能是納米TiO2引起腎毒性的生物標(biāo)記物。