納米銀及納米氧化鋅-鉛離子暴露對超重小鼠的毒性評價及機制研究.pdf

1、隨著納米科技的發(fā)展，越來越多的含納米材料的產(chǎn)品進入到人們的日常生活。截至2017年3月，全球商品化的納米產(chǎn)品己達1827種。由于其獨特的物理化學性質，納米材料在能源、化工、電子工業(yè)、生物醫(yī)藥等領域應用廣泛。納米材料的廣泛應用極大的增加了其與人類接觸的機會。納米材料暴露可通過產(chǎn)生氧化應激、誘發(fā)炎癥反應等途徑在細胞、器官和動物水平表現(xiàn)出顯著的毒性效應。無論是處于特殊生理時期的群體還是疾病群體，通常都伴隨著機體正常生理功能的減弱或缺失。納米材

2、料所表現(xiàn)出的毒性效應在易感群體中會得到進一步的放大。因此，評價納米材料在易感群體中的潛在毒性十分必要和迫切。
　　超重和肥胖是指可損害人體健康的異?；蜻^量的脂肪累積。超重和肥胖能顯著增加個體的死亡風險以及脂肪肝，糖尿病，高血壓，胰島素抵抗綜合癥，甚至某些癌癥的發(fā)生風險。此外，超重群體是環(huán)境有害因素的易感群體，環(huán)境污染物暴露通常在超重群體中表現(xiàn)出更強的毒性效應。近些年來，人們飲食結構和生活方式的改變使得超重和肥胖人群的數(shù)量在全球范圍

3、內(nèi)迅速增加。據(jù)WHO估計，2014年全球成年人口中有超過19億人超重或肥胖，其中逾13億人超重但未達到肥胖的標準(25≤ BMI＜30)。兒童青少年的超重比例也在10％以上。納米材料暴露對超重群體的生物安全性評價具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　納米銀是目前應用最為廣泛的納米材料之一，其與人類接觸的機會也相對較多。已有的研究結果顯示，納米銀在細胞和動物水平上均表現(xiàn)出顯著的毒性效應，引起細胞損傷和靶器官毒性。氧化應激、炎癥反應以及線粒體

4、損傷等是目前認為納米銀產(chǎn)生毒性效應的主要作用機制。此外，納米銀在溶液環(huán)境中會釋放銀離子，其釋放的銀離子也被認為是納米銀毒性的主要來源之一。目前納米銀的生物安全性評價工作更多的是在細胞和正常動物中開展的，其在易感群體中的毒性評價相對較少。
　　本論文首先評價了口服暴露銀納米材料對高脂飲食誘導的超重小鼠的毒性效應，并對毒性機制做了闡明。體內(nèi)分布實驗結果顯示，肝臟是納米銀和銀離子經(jīng)胃腸道吸收后的主要聚集場所。通過對超重小鼠肝臟中銀的狀態(tài)

5、的定性和定量的分析，我們發(fā)現(xiàn)銀離子可以在超重小鼠的肝臟中被還原成納米銀，且模擬的銀離子暴露組超重小鼠肝臟中經(jīng)還原生成的納米銀的量與實測的納米銀暴露組超重小鼠肝臟中的納米銀積累量相當。
　　在對正常小鼠不造成顯著毒性的暴露劑量下，連續(xù)14天口服暴露納米銀或硝酸銀在超重小鼠中引起類似程度的加劇的非酒精性脂肪肝發(fā)病進程。具體表現(xiàn)為，肝臟炎癥因子水平及脂質含量顯著升高，肝組織出現(xiàn)顯著的炎癥和水樣變性，高脂飲食所致肝臟脂肪變性程度進一步加劇

6、。超重小鼠肝組織上述病理學改變結果暗示，納米銀暴露促進了超重小鼠肝臟由單純性脂肪肝病向脂肪性肝炎的轉變。這種轉變加劇了超重小鼠肝臟向更嚴重階段的非酒精性脂肪肝病發(fā)展的風險。結合超重小鼠肝臟中銀的狀態(tài)的定性和定量的分析結果，我們認為納米銀暴露對超重小鼠肝臟造成的毒性損傷來自銀納米顆粒，而不是銀離子。
　　為深入探討納米銀加劇非酒精性脂肪肝發(fā)病進程的機制，我們對脂肪肝相關基因做了PCR陣列的篩查。結果顯示，納米銀或銀離子暴露顯著上調了

7、炎癥相關基因（Tnfa，Il6，Il10等）的表達，顯著下調了脂肪酸氧化相關基因（Ppard，Pdk4等）的表達。進一步的基因、蛋白水平的分析結果表明，在超重小鼠肝臟中積累或生成的銀納米顆?？杉せ頚upffer細胞，誘導TNF-α和IL-6的釋放，引起NFκB，JNK和p38 MAPK等炎癥信號通路的激活，最終導致肝臟炎癥的發(fā)生。此外，納米銀可通過直接或間接（通過增加TNF-α釋放）下調Ppard及其靶基因的表達，抑制脂肪酸氧化過程，最

8、終導致超重小鼠肝臟脂肪變性程度加劇。盡管納米顆粒的潛在毒性效應及其對人類健康的潛在威脅已得到了廣泛的研究，本課題的研究意義在于，我們發(fā)現(xiàn)納米材料的健康危害會在易感的超重群體中得到進一步放大。本研究充分說明了納米銀在超重人群中的應用或意外暴露的危險應該受到高度關注。
　　另一方面，納米材料進入環(huán)境之后，隨空氣、水、食物等各種介質在環(huán)境中擴散的過程中，勢必與環(huán)境中的其它有機或無機污染物相互作用，形成納米材料-環(huán)境污染物復合體系。此外，

9、納米材料高的比表面積和表面活性使得其在環(huán)境污染物吸附方面優(yōu)勢明顯，在污染物去除等環(huán)保領域應用前景廣闊。這進一步加劇了環(huán)境中納米材料-污染物共存現(xiàn)狀，增加了人類共暴露納米材料和環(huán)境污染物的機會。已有的研究結果顯示，納米材料與環(huán)境污染物共暴露可顯著改變污染物在細胞、低等水生生物以及高等哺乳動物中的吸收分布，引起差異于污染物單獨暴露的毒性效應。然而，納米材料-環(huán)境污染物復合體系在易感群體中的生物分布行為及毒性效應研究目前相對較少。
　　

10、本研究在課題組前期工作的基礎上，選用氧化鋅納米材料為納米材料的代表，選用鉛離子為典型重金屬污染物的代表，評價了氧化鋅納米材料和鉛離子共暴露在超重小鼠中的生物分布行為及毒性效應。經(jīng)口服暴露后，納米氧化鋅顯著增加了鉛離子在正常及超重小鼠腎臟、脾臟、肝臟等主要臟器的累積量，這一方面可能是由于納米氧化鋅作為重金屬離子的載體，促進了鉛離子的吸收，另一方面，游離的鉛離子比納米氧化鋅-鉛離子復合物更容易被各臟器清除。高脂飲食飼喂引起超重小鼠小腸通透性

11、的增加，進一步加劇了鉛離子在超重小鼠中的積累。
　　毒性評價結果顯示，納米氧化鋅與鉛離子共暴露引起了超重小鼠體重的顯著性下降。此外，鉛離子在主要臟器的積累對超重小鼠的腎臟和脾臟沒有造成顯著的病理學改變，但加重了超重小鼠的肝臟損傷，顯著增加了超重小鼠血清中表征肝臟功能的谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶的含量。本研究工作充分說明了超重小鼠對納米材料與重金屬離子共暴露反應更加敏感，警示超重群體應該更加謹慎的對待環(huán)境中納米顆粒與重金屬污染物的復合暴