长期低剂量纳米二氧化钛暴露诱导小鼠肝损伤的分子机制

发布时间：2017-10-27 15:19

  本文关键词：长期低剂量纳米二氧化钛暴露诱导小鼠肝损伤的分子机制

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【摘要】：近十年,由于纳米技术的极速发展,越来越多的纳米材料被开发与利用,继而用于生产并深入到人们生活的方方面面。纳米二氧化钛(TiO_2)直径于100 nm以下,外观为白色的疏松粉末。具有抗紫外线(UV)、抗菌、自洁净和抗老化性能,现可用于化妆品、食品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等各个领域。正是由于纳米TiO_2广泛的应用,其对人体以及环境的危害关注度也随之日益加大。动物实验发现,纳米TiO_2可以通过呼吸吸入、口腔摄入甚至是皮肤渗透等多种转运途径进入到机体内部,再经过循环系统转运至机体的各个器官并在此沉积,对机体产生毒性效应。目前,国内外对纳米TiO_2导致小鼠肝功能损伤的分子机制的了解仍很有限。因此,本学位论文通过纳米TiO_2(锐钛型5 nm)对小鼠进行灌胃处理来研究长时间、低剂量的纳米TiO_2对小鼠肝脏的影响,通过引发的体重、器体比和病理学现象以及生化指标、蛋白表达的变化探讨其对肝脏毒性的机制。本学位论文可为人类进一步安全、有效地使用纳米材料提供重要的实验依据。本文的主要研究内容如下所述:(1)本文通过三种不同的纳米TiO_2剂量(2.5、5、10 mg/kg BW)持续对小鼠进行为期6个月的灌胃处理,详细研究了纳米TiO_2对小鼠肝脏慢性损伤的机制。实验结果显示,经过纳米TiO_2处理的小鼠的体重显著下降,而小鼠的肝脏系数显著增加(肝肿大)。与此同时,观察小鼠肝脏的病理切片,发现实验组小鼠表现出了严重的病变,如炎性细胞浸润、血管扩张、充血、肝组织缝隙扩大以及肝细胞渐进性坏死等。并且通过透射电镜(TEM)的观察,肝细胞的超微结构表现出了明显的凋亡现象,其中包括严重的线粒体肿胀、核膜崩解和染色质边缘化。此外,在实验组肝细胞的细胞质、线粒体和核膜中观察到了黑色的颗粒聚集体。这也证明了纳米TiO_2会在肝细胞中沉积。并且随着纳米TiO_2剂量的升高,谷丙转氨酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)和乳酸脱氢酶(LDH)的表达水平也逐渐上升。这充分说明了长期的低剂量纳米TiO_2暴露也将会导致肝功能的损伤。本研究发现暴露于纳米TiO_2的小鼠其肝组织辅助性T细胞(Th2)型细胞因子白介素(IL-4)、IL-5和Th1型细胞因子IL-12的表达具有一个剂量依赖性的增加。与此相关联的IL-4和IL-12靶基因,包括分泌干扰素(IFN)-γ、GATA3、GATA4、T-bet、信号转录因子及转录激活银子(STAT)3、STAT6、趋化因子、单核细胞趋化因子(MCP)-1和巨噬细胞炎症蛋白(MIP)-2都显著上调,而STAT1呈现出显著下调的趋势。这些结果显示,纳米TiO_2诱导产生的肝毒性与IL-4介导的通路激活有密切关系,也说明了Th2型细胞可能参与了小鼠肝脏损伤。(2)通过使用低剂量的纳米TiO_2(2.5、5、10 mg/kg BW)对小鼠进行灌胃处理,为时90天。用以研究JAK-STAT通路可能参与纳米TiO_2暴露引起的小鼠肝脏损伤机制。发现随着纳米TiO_2剂量的增加,肝组织中环氧酶(COX)、中性粒细胞明胶相关脂质运载蛋白(NGAL)和上皮中性粒细胞激活蛋白(ENA)-78的表达水平分别逐渐增加,而过氧化物酶增殖物激活受体(PPAR)-γ和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子(PGC)-1的表达水平分别逐渐降低。内皮素(ET)-1和嘌呤(P2X)受体P2X7在TiO_2实验组中都没有显著的差异;JAK2、STAT3和IL-6的表达与其对照组相比,低、中、高三个剂量分别增加了2.19%、20.46%和32.7%;195.52%、335.72%和348.19%;61.67%、219.95%和330.97%;而SOCS1的表达分别减少了5.2%、6.67%和50.05%。这些实验结果证实了JAK-STAT通路介导了纳米TiO_2诱导的肝脏毒性。
【关键词】：纳米TiO_2 小鼠 肝脏炎症 Th2因子 IL-4通路 JAK-STAT通路
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R114;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一部分 研究背景 纳米二氧化钛的暴露造成动物肝损伤的研究进展12-45
• 1.前言12-16
• 2.进入机体的方式和在肝脏中的沉积16-17
• 2.1 进入机体的方式16-17
• 2.2 在肝脏中的沉积17
• 3.引起肝的氧化应激和炎症反应17-20
• 3.1 引起肝脏的氧化应激反应17-19
• 3.2 引起肝的炎症反应19-20
• 4.进入细胞的方式及对细胞的影响20-23
• 4.1 进入细胞的方式20-21
• 4.2 纳米TiO_2对细胞的影响21-23
• 5.引起肝DNA损伤及基因表达的改变23-25
• 5.1 引起肝DNA的损伤23-24
• 5.2 基因水平的DNA损伤24-25
• 5.3 对mRNA的影响25
• 6.肝脏纤维化25-30
• 7.展望30-31
• 参考文献31-45
• 第二部分 TH2因子可能参与纳米TiO_2引起的肝炎45-64
• 1.材料与方法46-50
• 1.1 样品制备与表征方法46
• 1.2 实验动物和处理方法46-47
• 1.3 肝系数分析方法47
• 1.4 钛含量的分析方法47
• 1.5 肝功能的生化分析方法47
• 1.6 肝组织切片的制备47
• 1.7 肝的超微结构切片的制备47-48
• 1.8 细胞因子的表达分析方法48-49
• 1.9 统计学分析方法49-50
• 2.结果与分析50-56
• 2.1 体重、肝重和肝系数50-51
• 2.2 肝的病理学评估51-52
• 2.3 肝细胞超微结构的观察52-53
• 2.4 肝功能53-54
• 2.5 Th2因子的表达54-56
• 3.讨论56-57
• 4.总结57-58
• 参考文献58-64
• 第三部分 JAK-STAT信号通路可能参与纳米二氧化钛引起的肝炎的发生64-77
• 1.材料与方法65-66
• 1.1 化学物的制备方法65
• 1.2 实验动物和处理方法65
• 1.3 肝系数测定方法65
• 1.4 肝的病理切片制备65
• 1.5 ELISA试剂盒检测细胞因子的表达的方法65
• 1.6 Western Blotting分析方法65-66
• 1.7 数据分析66
• 2.结果66-70
• 2.1 体重、肝重和肝系数。66-67
• 2.2 肝脏的病理学评估67-68
• 2.3 致炎因子的蛋白表达分析68-69
• 2.4 JAK/STAT信号通路相关蛋白表达分析69-70
• 3.讨论70-72
• 参考文献72-77
• 结论与展望77-78
• 课题资助情况78-79
• 攻读学位期间公开发表的论文79-80
• 致谢80-81

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本文编号：1104072