納米氧化鈦導(dǎo)致小鼠學(xué)習(xí)記憶損傷的分子機制研究.pdf

1、納米二氧化鈦( TiO2)，是一類直徑小于100 nm的新型無機材料，基于納米TiO2的高穩(wěn)定性，耐腐蝕和高效光催化活性的特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于涂料、印刷、醫(yī)藥和化妝品等日常生活領(lǐng)域。納米TiO2可通過空氣、食物鏈等途徑進入人體，經(jīng)嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)進入大腦中，進而與神經(jīng)元相互作用對腦功能產(chǎn)生一定的影響。目前，國內(nèi)外已開展關(guān)于納米TiO2神經(jīng)毒性的研究，但很少有數(shù)據(jù)表明長期低劑量的納米TiO2暴露是否會對學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生損傷，對于學(xué)習(xí)記憶損傷的分子

2、機制研究也尚未深入。鑒于此，本論文以不同劑量（5、10、50 mg/kg BW）的納米TiO2（銳鈦型5 nm）灌胃處理小鼠60天，對其引發(fā)的學(xué)習(xí)記憶損傷及海馬細胞凋亡的分子機制進行研究；另以單一劑量納米TiO2（10 mg/kg BW）灌胃處理小鼠90天，結(jié)合基因芯片技術(shù)深入研究神經(jīng)損傷多基因共同作用的分子機制。本研究可為納米材料長期暴露引起神經(jīng)毒性和學(xué)習(xí)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：
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3、1）納米TiO2可導(dǎo)致小鼠神經(jīng)毒性作用，但是否會對學(xué)習(xí)記憶功能產(chǎn)生損傷尚未可知。本實驗以不同劑量（5、10、50 mg/kg BW）的納米TiO2（5 nm）持續(xù)灌胃處理小鼠60天，測定學(xué)習(xí)記憶能力，評估其腦損傷和單胺類神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝產(chǎn)物的含量變化。研究發(fā)現(xiàn)納米TiO2可通過血腦屏障并在腦中積累，小鼠空間認知記憶功能明顯下降；病理觀察顯示出現(xiàn)鈣化灶，膠質(zhì)細胞和腦血管膜增生；腦組織中Ca和Na濃度顯著增加，而K、Mg、Fe和 Zn元素含

4、量明顯下降，進而降低了能量代謝酶（Na+/K+-ATPase、Ca2+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase）的活性，提高了神經(jīng)遞質(zhì)代謝酶（AChE、TNOS）的活性；ACh、Glu和NO水平升高，而單胺類神經(jīng)遞質(zhì)如NE、DA、5-HT及其代謝產(chǎn)物DOPAC、5-HIAA水平明顯下降。結(jié)果表明納米TiO2可以進入小鼠腦中，破壞腦細胞內(nèi)電解質(zhì)的平衡，干擾能量代謝，影響神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放，最終引起小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力下降。

5、　?。?）為了更深入研究納米TiO2對小鼠學(xué)習(xí)記憶場所——海馬的毒性作用，我們以不同劑量（5、10、50 mg/kg BW）的納米TiO2持續(xù)灌胃處理小鼠60天，分析海馬細胞凋亡、氧化及抗氧化水平以及與凋亡有關(guān)的基因表達水平。研究發(fā)現(xiàn)小鼠經(jīng)納米TiO2暴露60天后，亞顯微觀察發(fā)現(xiàn)海馬細胞核膜皺縮，染色質(zhì)邊集，出現(xiàn)細胞凋亡的典型癥狀；抗氧化分析表明納米TiO2誘導(dǎo)海馬組織產(chǎn)生大量活性氧自由基（如·O2?、H2O2），而抗氧化酶系統(tǒng)（SOD

6、、CAT、APx、GSHPx）活性降低和非酶抗氧化劑（AsA、GSH）含量減少；RT-PCR和ELISA分析結(jié)果顯示納米TiO2抑制了Bcl-2的表達，明顯促進了凋亡相關(guān)因子如Bax、Caspase-3、Caspase-9和Cyt C的表達，進而表明納米TiO2誘導(dǎo)海馬細胞的凋亡是通過線粒體途徑介導(dǎo)。
　　（3）在前兩部分實驗的基礎(chǔ)上，為了研究納米TiO2長期低劑量暴露處理致小鼠神經(jīng)毒性的分子機制，我們以單一劑量（10 mg/kg

7、 BW）納米TiO2連續(xù)灌胃處理小鼠90天，發(fā)現(xiàn)納米TiO2可以通過血腦屏障進入腦組織，行為學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力降低。病理觀察顯示小鼠腦組織發(fā)生神經(jīng)細胞壞死和炎癥反應(yīng)，亞顯微觀察發(fā)現(xiàn)海馬細胞凋亡明顯；抗氧化分析表明腦脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化產(chǎn)物如丙二醛（MDA）、羰基（Carbonyl）和8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）水平顯著上升；腦組織基因表達譜的數(shù)據(jù)表明424個基因的表達發(fā)生顯著變化（占小鼠總基因的0.94%），其中249

8、個已知功能的基因（113個表達上調(diào)，136個表達下調(diào)）分別與氧化應(yīng)激、免疫反應(yīng)、能量代謝、蛋白質(zhì)代謝、脂質(zhì)代謝、DNA損傷、細胞凋亡、神經(jīng)發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、學(xué)習(xí)記憶和應(yīng)激反應(yīng)等生物過程有關(guān)。我們重點討論了學(xué)習(xí)記憶（Col1a1、Nipbl、Sgk1、Ctnnb1、Drd2）、腦發(fā)育（Prl、Gh、Rbm8a、Xrn1）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（Arhgef2、Fga、Apoa1、Apoa2、Apoc3）及氧化應(yīng)激（Cyp2e1、Dhcr7、Krit1）