基于秀麗線蟲(chóng)的多壁碳納米管毒性效應(yīng)及miRNA分子調(diào)控研究.pdf

1、近年來(lái)，碳納米管(CNTs)在生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中均承擔(dān)著重要的角色。已有研究表明，碳納米管對(duì)環(huán)境和生物系統(tǒng)都可產(chǎn)生不利影響，而我們對(duì)環(huán)境相關(guān)劑量下碳納米管對(duì)環(huán)境生物的不利影響和作用機(jī)制仍然知之甚少。本研究利用模式動(dòng)物秀麗線蟲(chóng)為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)了多壁碳納米管(MWCNTs)和羧基修飾多壁碳納米管(MWCNTs-COOH)的毒性效應(yīng)及作用機(jī)制。
　　將L1幼蟲(chóng)暴露于環(huán)境相關(guān)劑量（0.001-1000μ g/L）的MWCNTs和MWCN

2、Ts-COOH中，使用致死率、運(yùn)動(dòng)行為、生殖、腸道自發(fā)熒光、活性氧(ROS)產(chǎn)生等評(píng)價(jià)終點(diǎn)進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)，并進(jìn)而分析MwCNTs誘導(dǎo)的microRNAs(miRNAs)表達(dá)譜的改變，解析候選靶點(diǎn)miRNAs對(duì)MWCNTs毒性的分子調(diào)控。
　　研究結(jié)果顯示:當(dāng)暴露濃度高于0.1μg/L時(shí)，MWCNTs可對(duì)秀麗線蟲(chóng)的腸道（初級(jí)靶器官）產(chǎn)生毒害，而暴露濃度高于0.001μg/L時(shí)可對(duì)秀麗線蟲(chóng)的神經(jīng)元與生殖器官（次級(jí)靶器官）功能產(chǎn)生毒害。M

3、WCNTs-COOH對(duì)秀麗線蟲(chóng)初級(jí)和次級(jí)靶器官毒害的濃度高于100μ/L，表明羧基表面修飾可以有效地降低環(huán)境相關(guān)劑量下MWCNTs的毒副作用。100μg/LMWCNTs-COOH暴露后，材料可通過(guò)初級(jí)靶器官進(jìn)入受精囊和胚胎中;而低濃度（10μg/L）MWCNTs-COOH暴露后，在受精囊和胚胎中卻只能檢測(cè)到痕量或檢測(cè)不到MWCNTs-COOH。此外，相對(duì)高濃度的MWCNTs-COOH暴露可導(dǎo)致秀麗線蟲(chóng)腸道屏障出現(xiàn)高滲透性，而環(huán)境相關(guān)劑量

4、下MWCNTs-COOH則不會(huì)對(duì)腸道正常的生物屏障產(chǎn)生影響。
　　進(jìn)而通過(guò)SOLiD測(cè)序技術(shù)分析評(píng)估了miRNAs在MWCNTs毒效應(yīng)中的調(diào)控功能。通過(guò)將MWCNTs暴露秀麗線蟲(chóng)與對(duì)照組的SOLID測(cè)序結(jié)果對(duì)比，共找出了55個(gè)異常表達(dá)的miRNAs（21個(gè)表達(dá)上調(diào)，34個(gè)表達(dá)下調(diào)）。對(duì)這些候選miRNAs的測(cè)序結(jié)果進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)候選miRNAs的表達(dá)量與MWCNTs呈劑量依賴(lài)性。運(yùn)用www.mirbase.org，ht

5、tp://www.targetscan.org等軟件對(duì)表達(dá)量異常的miRNA進(jìn)行了靶基因預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用基因本體論(http://www.pantherdb.org/)和KEGG pathway(http://david.abcc.ncifcrf.gov/home.jsp，http://www.genome.jp/kegg/)等生物信息學(xué)手段進(jìn)行可能功能分析。結(jié)果顯示這些候選miRNAs可能參與多種生物學(xué)功能。進(jìn)一步利用相應(yīng)miR

6、NAs突變體進(jìn)行功能研究，發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)針對(duì)MWCNTs的敏感和抗性miRNAs突變體。而且，MWCNTs在這些miRNAs突變體中的分布與有所不同，暗示miRNA通過(guò)控制MWCNTs在初級(jí)（腸道）和次級(jí)靶器官（神經(jīng)元和生殖器官）中的分布與轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)調(diào)控其毒性效應(yīng)形成。
　　總之，本研究提供證據(jù)證明了初級(jí)靶器官和次級(jí)靶器官生物屏障在MWCNTs毒性效應(yīng)形成中的重要調(diào)控功能，其為預(yù)防與控制MWCNTs毒副作用提供了重要的理論根基。同時(shí)，本研