纳米二氧化钛对小鼠血糖代谢影响及其机制的研究

发布时间：2020-04-16 06:06

【摘要】：随着科技的不断进步,纳米材料正在逐渐成为人们日常生活中接触密切的日用品。纳米二氧化钛(TiO_2)是一种人们大量摄入的纳米食品添加剂,研究表明,纳米TiO_2对消化系统、血液循环系统、神经系统、生殖系统均具有毒性。然而,目前纳米TiO_2是否对内分泌系统造成影响仍处于空白。糖尿病是严重威胁着人类健康的内分泌系统疾病。目前中国30岁以上人群糖尿病患病率高达11.6%,我国已经成为了世界第一糖尿病大国。糖尿病的患病因素有很多,其中生活方式及食物结构的改变是引发糖尿病的重要因素。食品中的各种食品添加剂,特别是纳米食品添加剂,是否是诱导糖尿病发病的因素之一不可忽视。本研究选取食品中常用的纳米添加剂纳米TiO_2(P25),以8周龄成年CD-1品系雄性小鼠被选取为实验对象,研究纳米食品添加剂对糖尿病的影响。小鼠随机分为四组,分别灌胃等量的PBS,50 mg/kg体重纳米TiO_2(P25),非纳米级别的TiO_2(FP)与纳米级别的TiO_2(NP)。结果表明,两种纳米级别的TiO_2均可被小鼠消化系统吸收,并通过血液最终沉积在肝脏、脾脏、肾脏、心脏、胰腺等脏器,并对这些脏器造成不同程度的影响。然而,非纳米级别的TiO_2无法通过消化系统被吸收,也无法沉积在脏器并造成损伤。相对于成年小鼠,3周龄未成年CD-1小鼠也可以吸收纳米级别的TiO_2,并且在早期出现各种显著性脏器损伤。然而随着小鼠成长,一些损伤可被修复。对于CD-1孕鼠,纳米TiO_2可直接引起孕鼠产子数量显著性减少。纳米TiO_2对小鼠血糖代谢影响的研究结果表明,两种纳米级别TiO_2均可引起成年小鼠血糖升高,但并未对小鼠胰岛素分泌造成影响。纳米TiO_2同样可以引起未成年小鼠血糖升高,并且对未成年小鼠血糖的影响显著早于成年小鼠。但随着小鼠脏器损伤的修复,纳米TiO_2对血糖的影响没有修复且一直处于高水平。纳米TiO_2对孕鼠后子代小鼠血糖没有显著性影响,并且子代小鼠3周后继续摄入纳米TiO_2,其血糖并没有因其母亲摄入过纳米TiO_2而对纳米TiO_2更敏感。通过RNA-sequencing(RNA-seq)高通量测序技术对摄入纳米TiO_2并引起血糖升高的小鼠肝脏进行全转录组测序,结果表明,纳米TiO_2引起了小鼠335个基因发生显著性差异表达,其中204基因上调,131基因下调,显著富集于53个GO terms和9个KEGG pathways。这些GO terms与KEGG pathways表明,纳米TiO_2影响胰岛素敏感性和糖原合成。而对其进行进一步研究发现,纳米TiO_2通过诱导小鼠细胞色素CYP450基因家族基因的表达,进而诱导小鼠的排异反应,进而引起小鼠活性氧(ROS)大量积累,最终可能归于糖尿病。此外,全转录组测序结果首次表明纳米TiO_2在小鼠体内引起了内质网应激。为探明纳米TiO_2诱导小鼠糖尿病发生的分子机制,选取ROS抑制剂和内质网应激抑制剂对纳米TiO_2引起的ROS积累和内质网应激进行抑制。结果表明,纳米TiO_2诱导了ROS过量生成和内质网应激,并且ROS过量生成和内质网应激参与了纳米TiO_2诱导的小鼠血糖升高。机制研究结果表明,纳米TiO_2引起的ROS积累和内质网应激既没有引起胰腺B细胞凋亡和胰岛素分泌不足,也没有引起小鼠肝脏细胞凋亡。然而,纳米TiO_2激活了肝脏细胞NF-?B通路发生炎症反应,以及激活磷酸激酶MAPK活性,导致小鼠肝脏细胞胰岛素受体底物IRS-1丝氨酸磷酸化,从而诱导胰岛素抵抗,胰岛素信号无法向下引起Akt磷酸化,肝脏细胞无法摄取葡萄糖进而导致小鼠血糖升高。此外,纳米TiO_2引发的内质网应激对ROS积累也有一定促进作用。综上所述,纳米TiO_2引发的内质网应激在引发小鼠血糖升高过程中起关键作用。这些结果扩展了对纳米材料的毒性认识,为纳米材料的内分泌毒性提供了研究基础。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R994.4

【参考文献】