共同暴露纳米ZnO和铅离子加重非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏毒性

发布时间：2017-07-28 22:00

  本文关键词：共同暴露纳米ZnO和铅离子加重非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏毒性

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【摘要】：近些年来,随着人们饮食结构和生活习惯的改变,肥胖已经成为一个全球性的问题。世界卫生组织调查结果显示,在肥胖人群中,高达75%-100%的人患有非酒精性脂肪肝(NAFLD)。 NAFLD是一种常见的肝脏代谢综合征,其中大约有25%的患者会发展为非酒精性脂肪肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH),还有的会进一步恶化,发展成肝纤维化、肝硬化,甚至肝癌等。作为伴随肥胖而来的最常见的慢性代谢疾病之一,NAFLD的发病率也呈现逐年递增的趋势。随着工业的快速发展,环境污染越来越严重。铅是环境中一种常见的污染物,工业废气、汽车尾气和工业污水中都含有大量的铅。研究发现铅会引发人体和实验室动物的生理障碍,造成肝脏、肾脏的衰竭以及神经和造血等系统的严重损伤。氧化锌(ZnO)纳米材料独特的物理、化学性质使得其在日常用品、生物医药和生物传感等诸多领域得到了广泛的应用。此外,ZnO纳米材料还拥有独特的光催化活性和杀菌消毒的能力,在污水处理、水质净化和消毒等方面也崭露头角。纳米材料在水处理过程中,不可避免的会吸附水中的重金属离子等污染物,这就造成纳米材料与重金属离子对生物的共同暴露。目前已有的评价纳米材料和重金属离子共同暴露毒性的研究都局限于单细胞水生生物：共暴露条件下,纳米Ti02增加了镉离子和锌离子在水蚤中的积累；纳米TiO2和砷离子共同暴露,在水蚤中引起协同的毒性效应等。而在哺乳动物中,尤其是非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)这一病患群体中,纳米材料和重金属污染物共同暴露可能引起的生物效应及毒性机理尚未见报道。本课题通过给小鼠长期饲喂高脂饲料的方法,成功构建了非酒精性脂肪肝的小鼠模型。连续饲喂高脂饲料8周后,小鼠体重和肝脏重量都有了显著性的升高,肝脏颜色明显变浅、泛黄,血清里的总胆固醇(CHOL)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)的含量也有显著性的升高。肝脏H.E.染色结果也显示,高脂饲料饲喂组小鼠肝实质细胞中出现大面积的脂肪空泡。以上结果证实非酒精性脂肪肝小鼠模型建立成功。在此基础上,我们通过连续14天口服暴露纳米ZnO,铅离子,纳米ZnO和铅离子混合物,系统评价了纳米ZnO、铅离子单独暴露及纳米ZnO和铅离子共同暴露对健康成年小鼠和NAFLD小鼠的毒性作用,并对其毒性作用机制做了初步的探讨。我们首先对材料暴露后Zn/Pb在小鼠各主要脏器中的分布做了ICP-MS的分析。结果显示,无论是在健康成年小鼠中,还是NAFLD模型小鼠中,纳米ZnO和铅离子共同暴露增加了纳米ZnO和铅离子在各主要脏器中的积累,这也预示着纳米ZnO和铅离子共同暴露可能存在更大的安全风险。对健康成年小鼠的毒性研究结果显示,无论是纳米ZnO或铅离子单独暴露,还是纳米ZnO和铅离子共同暴露,都没有引起显著的毒性效应：材料暴露未引起显著的小鼠血清生化指标[谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)及碱性磷酸酶(ALP)等]的改变；未引起显著的肝脏病理学水平上的改变。对健康成年小鼠肝脏的氧化应激和炎症水平的分子生物学分析结果也显示,在本实验暴露剂量条件下,材料暴露没有引起健康成年鼠的肝脏氧化水平的升高或炎症的发生。在NAFLD模型小鼠中,单独暴露纳米ZnO或铅离子没有引起差异性的血清生化水平的升高,只是在病理水平上表现出轻度的炎细胞浸润以及肝细胞的水样变和气球样变；而纳米ZnO和铅离子共同暴露在NAFLD模型小鼠中引起了显著的血清ALT、AST和ALP水平的升高,引起了肝脏内显著的气球样变、水样变、炎性细胞浸润和肝细胞坏死。为进一步探讨纳米ZnO和铅离子共同暴露在NAFLD小鼠中引起加重肝损伤的可能机制,我们检测了各暴露条件下NAFLD小鼠肝脏的氧化应激水平和炎症因子释放情况。结果显示,纳米ZnO和铅离子共同暴露在NAFLD小鼠肝脏中引起了更高水平的氧化应激(具体表现为降低的SOD含量和升高的MDA水平)和炎症反应(具体表现为更高水平的促炎因子IL-6和IL-1β的释放)。综上所述,纳米ZnO和铅离子共同暴露增加了纳米ZnO及铅离子在小鼠各主要脏器中的分布,提示其可能存在更大的安全风险。在对健康成年小鼠相对安全的剂量条件下,NAFLD小鼠共同暴露纳米ZnO和铅离子,由于其抗氧化能力及免疫功能下降的病理状态,不能很好地平衡纳米ZnO和重金属离子铅在小鼠肝脏内产生的氧化应激和炎症反应,从而加重了肝脏组织的病理损伤。以上研究结果显示,与健康人群相比较,环境污染物与纳米材料的共同暴露对于NAFLD人群的健康威胁更大。本课题将为评价纳米ZnO和铅离子共同暴露于NAFLD人群的安全性提供重要的实验依据。
【关键词】：非酒精性脂肪肝 纳米ZnO 铅离子 共同暴露 肝毒性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R575.5
【目录】：

• 中文摘要10-13
• ABSTRACT13-16
• 符号说明16-17
• 第一章 前言17-29
• 1.1 引言17
• 1.2 肥胖引起的相关疾病17-20
• 1.2.1 肥胖相关的疾病17-19
• 1.2.2 非酒精性脂肪肝发病的机制19-20
• 1.3 重金属离子铅的暴露及毒性20-21
• 1.3.1 铅离子的环境风险20
• 1.3.2 铅引起损伤的机制20-21
• 1.4 纳米ZnO的毒性21-26
• 1.4.1 纳米ZnO的生态毒性22-24
• 1.4.2 纳米ZnO对哺乳动物的毒性24-26
• 1.5 纳米材料与重金属离子共同暴露对生物的毒性评价26-27
• 1.5.1 纳米材料在水处理中的应用27
• 1.5.2 纳米材料与重金属离子共同暴露的毒性27
• 1.6 本课题研究的目的及其意义27-29
• 第二章 非酒精性脂肪肝小鼠模型的建立29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 实验材料29-30
• 2.3 实验仪器30
• 2.4 实验方法30-33
• 2.4.1 实验动物的饲养和取材30-31
• 2.4.2 NAFLD小鼠模型的鉴定31-33
• 2.4.2.1 NAFLD小鼠模型体重和脏器重量的变化31
• 2.4.2.2 NAFLD小鼠模型脂肪肝相关指标的检测31-32
• 2.4.2.3 肝脏的形态学、病理学观察32-33
• 2.5 结果与讨论33-36
• 2.5.1 NAFLD小鼠模型体重和脏器重量33-34
• 2.5.2 血清中CHOL、TG、HDL和LDL的水平34-35
• 2.5.3 小鼠肝脏的形态学观察35-36
• 2.6 结论36-37
• 第三章 纳米ZnO及铅离子对正常小鼠和NAFLD小鼠的毒性及机制研究37-67
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验材料38-39
• 3.3 实验仪器39-40
• 3.4 实验方法40-46
• 3.4.1 纳米ZnO的透射电子显微镜(TEM)表征40
• 3.4.2 用激光粒度仪表征纳米ZnO的水合粒径40
• 3.4.3 用Zeta电位仪表征纳米ZnO的表面电位40-41
• 3.4.4 纳米ZnO及铅离子剂量的选择41-42
• 3.4.5 暴露纳米材料、取材42
• 3.4.6 锌、铅在各脏器中的分布42
• 3.4.7 肝脏的病理学观察42
• 3.4.8 肝脏功能指标的检测42-43
• 3.4.9 测定肝脏中的氧化应激指标43-45
• 3.4.10 检测肝脏中炎症因子的水平45-46
• 3.5 结果与讨论46-64
• 3.5.1 纳米ZnO的表征46-49
• 3.5.1.1 纳米ZnO的形貌、大小46-47
• 3.5.1.2 纳米ZnO的水合粒径和Zeta电位47-49
• 3.5.2 纳米材料剂量的选择49-50
• 3.5.3 纳米ZnO和铅离子在正常小鼠体内的分布50-52
• 3.5.4 纳米ZnO和铅离子在NAFLD小鼠体内的分布52-54
• 3.5.5 正常饮食小鼠口服暴露纳米ZnO和铅离子的毒性54-59
• 3.5.5.1 对小鼠体重、脏器系数的影响54-55
• 3.5.5.2 小鼠肝脏组织病理学观察55-57
• 3.5.5.3 对小鼠肝脏功能的影响57-58
• 3.5.5.4 对氧化应激和炎症水平的影响58-59
• 3.5.6 NAFLD小鼠口服暴露纳米ZnO和铅离子的毒性及机制研究59-64
• 3.5.6.1 对小鼠体重、脏器系数的影响59-60
• 3.5.6.2 对小鼠肝脏组织病理学观察60-62
• 3.5.6.3 对小鼠肝脏功能的影响62-63
• 3.5.6.4 口服暴露纳米ZnO和铅离子对NAFLD小鼠毒性的机制63-64
• 3.6 结论64-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间发表的学术论文74-76
• 附件76

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本文编号：586186