纳米氧化钛对小鼠肝和脾损伤的分子及免疫机制

论文摘要

纳米氧化钛（TiO2）,作为一种新型的无机化工材料,由于其具有高稳定性,耐腐蚀和高效光催化活性的特性,而被广泛在涂料、化妆品、医药、食品、牙膏、造纸、污水处理和空气净化等中应用。其小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的一些特性不同于常规粒子,使其可通过呼吸道、表皮、消化道等多种途径进入人体,在体内某些特定部位富集,对人体造成一定的潜在危害。因此,纳米TiO2对人类和环境的影响已引起人们的高度关注,并已开展多年的毒性研究,但对其产生体内毒性的作用机制尚未全面深入,尤其是对肝和脾损伤的分子机制。鉴于此,本论文以不同剂量的纳米TiO2（锐钛型,5 nm）灌胃处理ICR小鼠,对其引起肝和脾毒性效应及作用机制进行了研究。另外,本论文在体外研究了纳米TiO2对乳酸脱氢酶（LDH）活性和结构的影响,以期进一步了解纳米TiO2引起肝功能损伤的分子机制。本研究可为纳米材料的安全评估提供重要的理论依据。论文主要涉及以下内容:（1）用纳米TiO2连续灌胃处理小鼠30天后,观察了肝组织的病理学变化,分析了肝功能血清生化指标和血液学指标等。结果表明纳米TiO2处理30天后可导致小鼠肝体比增加和肝细胞的结构大面积模糊,组织淤血等病变,引起谷丙转氨酶、碱性磷酸酶、谷草转氨酶、乳酸脱氢酶、胆碱酯酶活性、总蛋白、甘油三酯和总胆固醇明显增加,而白蛋白和球蛋白的比例、总胆红素却下降,显示肝功能破坏;血液学分析表明纳米TiO2处理后引起白细胞、红细胞、血小板、网织红细胞、T淋巴细胞亚群（CD3+、CD4+、CD8+）、自然杀伤细胞、B淋巴细胞数量、血红蛋白、平均血红蛋白浓度以及CD4与CD8比率等下降,而平均红细胞体积、平均红细胞血红蛋白、红细胞分布宽度、血小板压积、红细胞压积、血小板平均体积等明显增加,表明凝血系统和免疫系统破坏;纳米TiO2处理也可抑制抗炎细胞因子白细胞介素-2的表达,促进NO的释放。提示纳米TiO2对小鼠肝脏的损伤与凝血系统、免疫系统的损伤密切相关。然而,低剂量的纳米TiO2对小鼠的凝血系统和免疫系统影响不大。（2）用纳米TiO2连续灌胃小鼠45天后,观察脾组织的病理学变化,检测小鼠脾脏的氧化应激及其上游因子（如p38、JNK、NF-κB和Nrf-2）,凋亡因子的基因及蛋白表达水平,探讨了纳米TiO2对脾脏损伤的氧化应激机制及细胞凋亡机制。结果表明,纳米TiO2在小鼠脾脏积累,导致脾组织淤血、淋巴结增生和脾细胞凋亡。纳米TiO2可显著增加p38、JNK、NF-κB、Nrf-2和HO-1的基因和蛋白表达,引起活性氧自由基大量积累,加剧脾组织脂质过氧化,提示纳米TiO2引起的氧化应激是通过p38-Nrf-2介导的信号通路。同时纳米TiO2可有效地激活caspase-3和-9,增加Bax、Cytc的基因及其蛋白的表达水平,降低Bcl-2的基因和蛋白质表达水平,而caspase-8表达水平变化不显著,证实纳米TiO2诱导小鼠脾细胞的凋亡途径是通过线粒体介导的通路。（3）通过各种光谱学手段,研究了纳米TiO2与乳酸脱氢酶结构-功能的作用关系。结果表明在一定浓度范围内纳米TiO2对LDH有较高的亲合力并有显著的激活作用,高浓度纳米TiO2对LDH亲合力下降甚至对LDH活性有抑制作用。光谱学分析证实纳米TiO2优先与LDH中色氨酸和酪氨酸残基上的氮或氧发生键合作用,随后再与LDH肽链上半胱氨酸上的硫原子发生键合作用,并进而导致LDH的生色团疏水性增强和半胱氨酸残基微环境极性增强,LDH构象改变,并且诱导LDH去折叠。表明纳米TiO2处理引起LDH活性的变化与其结合后引起的结构变化有密切关系。通过荧光法计算出纳米TiO2与LDH的结合常数分别为1.77×108 L?mol-1（高亲和力位点）和2.15×107 L?mol-1（低亲和力位点）、饱和结合位点数为0.12;结合距离r=4.18 nm。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一部分 研究背景 纳米氧化钛的毒理学研究进展
• 1 纳米氧化钛概述
• 2 纳米氧化钛的侵入、分布、转运及清除
• 3 纳米氧化钛在组织水平上的生物毒性效应
• 4 纳米氧化钛在细胞水平上的毒性效应研究
• 5 纳米氧化钛在分子水平上的毒性效应研究
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 第二部分 纳米氧化钛对小鼠的肝功能及免疫的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 第三部分 纳米氧化钛对小鼠脾脏病变、氧化应激和凋亡的分子机制
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 第四部分 纳米氧化钛对乳酸脱氢酶的作用机制
• 1 材料与方法
• 2 结果与讨论
• 3 结论
• 参考文献
• 结论
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 课题资助情况
• 致谢