FOXO3a信號(hào)在納米二氧化鈦氣管暴露致大鼠DNA損傷中的作用研究.pdf

1、目的:納米二氧化鈦(Nanoparticle titanium dioxide，Nano-TiO2)具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，被廣泛用于醫(yī)藥、廢水處理、涂料、殺菌、化妝品、食品添加劑、生物醫(yī)用陶瓷等領(lǐng)域。納米顆粒主要通過呼吸道、皮膚接觸和消化道進(jìn)入人體，造成健康危害，其中吸入是最常見的暴露途徑之一。Nano-TiO2表面具有較高的化學(xué)反應(yīng)性，形成大量的自由基，作用生物體后可引起氧化應(yīng)激，使活性氧(Reactive oxygen spec

2、ies，ROS)生成增多，破壞DNA堿基和磷酸骨架，造成DNA損傷。Nano-TiO2造成的氧化應(yīng)激與其毒性高度相關(guān)，但其作用靶點(diǎn)和調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本文通過氣管灌注方法，模擬呼吸道吸收途徑，觀察Nano-TiO2在大鼠體內(nèi)的代謝分布、抗氧化功能和DNA損傷的水平，以FOXO3a信號(hào)為切入點(diǎn)，對(duì)納米材料的毒作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，探討納米材料導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞毒作用靶點(diǎn)，尋找切實(shí)可行的預(yù)防控制方法。
　　方法:
　　160只健康SD

3、雄性大鼠，體重180-220g隨機(jī)分為四組，每組15只。采用非暴露式氣管注入法一次性給予25nm TiO2進(jìn)行染毒，劑量為0.2g/kg，1 g/kg，5g/kg體重，對(duì)照組給予等體積的蒸餾水。染毒后1天、3天、7天每組分別處死5只動(dòng)物，留取肝、腎、肺組織。-80℃冰箱凍存以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
　　2動(dòng)物處死前分別稱重，處死后取出肝、腎、肺組織電子天平稱重記錄，計(jì)算臟器系數(shù)。
　　3大鼠體內(nèi)Ti含量測(cè)定:Nano-TiO2染毒后，

4、使用銠(Rh)內(nèi)標(biāo)，微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法檢測(cè)大鼠肝、腎、肺組織中的Ti含量。
　　4病理學(xué)觀察:Nano-TiO2染毒后，制作肝、腎、肺組織病理切片，蘇木精-伊紅染色后光鏡下觀察肝、腎、肺組織的病理變化。
　　5氧化損傷指標(biāo)的測(cè)定:Nano-TiO2染毒后，利用酶標(biāo)測(cè)定法檢測(cè)大鼠肝、腎、肺組織中MDA含量以及SOD、GSH-Px活力的變化。
　　6 DNA損傷的測(cè)定:Nano-TiO2染毒后

5、，采用單細(xì)胞凝膠電泳試驗(yàn)(SCGE)檢測(cè)大鼠肝、腎、肺組織細(xì)胞OTM和Tail DNA％值的變化。
　　7 FOXO3a信號(hào)相關(guān)蛋白含量測(cè)定:采用Western blot方法檢測(cè)FOXO3a、 ChK2、GADD45α及XRCC1蛋白表達(dá)情況。
　　結(jié)果
　　1 Nano-TiO2染毒后大鼠的一般狀況
　　納米二氧化鈦染毒后，實(shí)驗(yàn)大鼠未出現(xiàn)意外死亡。大鼠出現(xiàn)進(jìn)食量減少，活動(dòng)減少、精神萎靡等現(xiàn)象。大鼠次日飲水進(jìn)食恢

6、復(fù)正常，精神狀態(tài)良好，一般活動(dòng)狀況正常。
　　2 Nano-TiO2染毒后大鼠各組織Ti含量的變化
　　納米二氧化鈦染毒后，大鼠肝、腎、肺各組織中Ti含量均有不同程度的升高。與對(duì)照組相比，高劑量組肝、腎、肺組織鈦含量顯著增高(P＜0.05)。與染毒后1天相比，高劑量組染毒后3天、7天，肝、腎組織中鈦含量無顯著變化;與染毒后1天相比，高劑量染毒后3天、7天，肺組織鈦含量顯著降低(P＜0.05）。
　　3 Nano-TiO

7、2染毒后大鼠臟器系數(shù)的變化
　　納米二氧化鈦染毒后，與對(duì)照組相比肝、腎、肺組織各染毒組臟器系數(shù)無顯著差異。與染毒后1天相比，各劑量組染毒后3天、7天，肝、腎、肺臟器系數(shù)無顯著差異。
　　4 Nano-TiO2染毒后7天大鼠各組織的病理變化
　　納米二氧化鈦染毒后，大鼠肝臟、腎臟、肺組織均出現(xiàn)不同程度的病理變化。
　　肝:對(duì)照組，肝細(xì)胞延中央靜脈四周呈條索狀規(guī)則整齊排列，細(xì)胞質(zhì)呈粉紅色，染色均勻;低劑量染毒組，細(xì)胞

8、排列紊亂，中央靜脈遠(yuǎn)端細(xì)胞深染;中劑量染毒組，有炎性細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)呈空泡狀出現(xiàn)點(diǎn)狀壞死;高劑量染毒組，成群片狀壞死。
　　腎:對(duì)照組，細(xì)胞核呈圓形胞漿豐富，腎小球和小管排列緊密;低劑量染毒組腎小管間隙增大;中劑量染毒組，腎小管水腫出現(xiàn)部分片狀壞死;高劑量染毒組，在片狀壞死基礎(chǔ)上出現(xiàn)輕微腎小球萎縮。
　　肺:對(duì)照組，支氣管上皮排列整齊官腔規(guī)則，肺泡管、肺泡囊完整，肺泡隔彈力纖維和網(wǎng)狀纖維正常染色均勻，隔內(nèi)富于毛細(xì)血管網(wǎng);低劑量

9、染毒組，支氣管被炎性細(xì)胞浸潤(rùn)支氣管官腔不規(guī)則;中劑量染毒組，支氣管腔更加不規(guī)則，肺泡壁增厚間隔增厚;高劑量染毒組，支氣管壁破裂結(jié)締組織增多。
　　5 Nano-TiO2染毒后大鼠各組織SOD、GSH-Px活力和MDA含量變化
　　納米二氧化鈦染毒后，大鼠肝、腎、肺組織，SOD、GSH-Px活力和MDA含量均出現(xiàn)不同程度的變化。
　　大鼠肝組織:與對(duì)照組相比， SOD、GSH-Px活力均顯著降低(P＜0.05)，MDA含

10、量顯著升高（P＜0.05）。與染毒后1天相比，中劑量組染毒后3天、7天，SOD活力顯著升高(P＜0.05），高劑量組染毒后7天，SOD活力顯著升高(P＜0.05）;與染毒后1天相比，各染毒劑量組染毒后3天、7天，GSH-Px活力顯著升高(P＜0.05）;與染毒后1天相比，各染毒劑量組染毒后3天，MDA含量無顯著變化，染毒后7天，MDA含量顯著降低(P＜0.05）。
　　大鼠腎組織:與對(duì)照組相比， SOD、GSH-Px活力均顯著降低

11、(P＜0.05)，MDA含量顯著升高(P＜0.05）。與染毒后1天相比，低、中劑量組染毒后3天、7天，SOD活力顯著升高(P＜0.05），高劑量組染毒后7天，SOD活力顯著升高(P＜0.05）;與染毒后1天相比，各染毒劑量組染毒后3天、7天，GSH-Px活力顯著升高(P＜0.05);與染毒后1天相比，各染毒劑量組染毒后3天，MDA含量無顯著變化，低、中劑量組染毒后7天，MDA含量顯著降低(P＜0.05），高劑量組染毒后3天、7天，MDA

12、含量無顯著變化。
　　大鼠肺組織:與對(duì)照組相比， SOD、GSH-Px活力均顯著降低(P＜0.05)，MDA含量顯著升高(P＜0.05)。與染毒后1天相比，低劑量組染毒后7天，SOD活力顯著升高(P＜0.05），中、高劑量組染毒后3天、7天，SOD活力無顯著變化;與染毒后1天相比，各劑量組染毒后3天、7天，GSH-Px活力無顯著變化;與染毒后1天相比，低劑量組染毒后7天，MDA含量顯著降低(P＜0.05)，中、高劑量組染毒后3天、

13、7天，MDA含量無顯著變化。
　　6 Nano-TiO2染毒后大鼠各組織OTM和Tail DNA％的變化
　　納米二氧化鈦染毒后，與對(duì)照組相比，各劑量組大鼠肝、腎、肺組織中OTM和Tail DNA％均顯著增加(P＜0.05);與染毒后1天相比，各劑量組染毒后3天、7天，肝、腎、肺組織中OTM和Tail DNA％無顯著差異。
　　7 Nano-TiO2染毒后7天大鼠肺組織中FOXO3a，XRCC1，ChK2和GADD45

14、α蛋白表達(dá)水平的變化
　　納米二氧化鈦染毒后，與對(duì)照組相比，大鼠肺組織中FOXO3a與XRCC1蛋白表達(dá)量顯著降低(P＜0.05）;低劑量組ChK2蛋白表達(dá)量顯著增加(P＜0.05），中劑量組無顯著性差異，高劑量組顯著降低(P＜0.05）;低劑量組GADD45α蛋白表達(dá)量顯著增加(P＜0.05)，中、高劑量組顯著降低(P＜0.05)。
　　結(jié)論
　　1 Nano-TiO2染毒后，Ti可分布于大鼠各組織中。
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