纳米氧化钛引起海马神经元毒性的分子机制研究

发布时间：2017-09-13 06:24

  本文关键词：纳米氧化钛引起海马神经元毒性的分子机制研究

  更多相关文章： 纳米Ti O2 海马神经元 细胞凋亡 氧化应激 树突发育 谷氨酸代谢 NMDA受体

【摘要】：纳米二氧化钛(TiO2),由于其特殊的物理化学性质,被广泛应用于水、土壤和空气净化、化妆品、食品添加剂和涂料等行业。它可通过皮肤,呼吸道和消化道进入人体而对人类产生潜在的危害。此外,纳米TiO2可以通过嗅觉通路进入中枢神经系统(CNS)损伤神经元细胞。目前,国内外对于纳米TiO2神经毒性和其对学习记忆相关的海马区的损伤已有相关的研究,但是对于与学习记忆功能密切相关的海马神经元细胞的研究却鲜有报道。鉴于此,本论文以具有发育特性的大鼠原代海马神经元细胞为模型,用不同浓度(5、15和30μg/mL)的纳米TiO2(锐钛型,5 nm)处理细胞24 h,对其引发的学习记忆损伤相关的海马神经元凋亡的分子机制和对海马神经元细胞树突发育的影响及其机制进行研究。本研究可为纳米TiO2长期暴露引起神经毒性和学习记忆损伤评估提供重要的理论依据。论文主要涉及以下内容:(1)在这部分研究中,从新生一天的SD大鼠分离培养海马神经元48 h,并使之暴露于5、15和30μg/mL纳米TiO2中24 h,随后研究细胞活力、超微结构和线粒体膜电位、钙稳态、氧化应激、抗氧化能力和细胞凋亡信号通路。研究结果表明,随着纳米TiO2浓度的增加,原代海马神经元细胞活性下降,与对照相比,细胞活性分别下降了13.78%、20.42%和29.42%,乳酸脱氢酶的释放增加,和对照相比分别增加了19.54%、36.13%和62.07%。同时纳米TiO2引起了细胞凋亡并且凋亡率呈剂量依赖性,分别是对照的2.51、3.14和4.25倍。此外,纳米TiO2导致原代培养的海马神经元细胞内钙的积累,分别是对照的1.55、2.66和3.76倍,线粒体膜电位(MMP)显著下降,分别是对照的84.20%,60.00%和38.00%。细胞中细胞色素c(cytochrome c)、caspase-3、Bax、caspase-12、葡萄糖调节蛋白78(GRP78)和C/EBP同源蛋白(CHOP)的蛋白表达均上调,分别是对照的1.54、2.22和3.77倍;2.15、2.85和4.15倍;1.33、2.17和2.83倍;1.10、1.36和1.62倍;1.15、1.27和1.37倍和1.07、1.25和1.40倍,而bcl-2蛋白表达下调,分别下调了8.63%、19.76%和34.70%。这些结果表明,纳米TiO2导致的海马神经元凋亡与线粒体介导的信号相关联的通路和内质网介导的信号通路有关。(2)为了进一步了解神经毒性的分子机制,用不同浓度纳米TiO2(5、15和30μg/mL)处理生长到第四天的原代海马神经元24 h,接着分析了纳米TiO2在细胞中的分布,树突发育,谷氨酸代谢,谷氨酸受体(NMDAR)亚基(NR1、NR2A和NR2B)的蛋白表达水平,细胞中钙离子浓度和钠钾电流。结果表明纳米TiO2很容易通过细胞膜进入细胞质和细胞核,并且严重影响原代海马神经元细胞树突发育,突起的长度与对照相比分别下降了6.92%、28.91%和55.54%。此外,纳米TiO2引起细胞中谷氨酸代谢紊乱,细胞外谷氨酸释放量和磷酸化激活的谷氨酰胺酶的活性均增加,与对照相比分别增加了7.75%、16.27%和26.26%;27.27%、63.64%和90.91%;降低了谷氨酰胺量和谷氨酰胺合成酶的活性,与对照相比分别下降了14.54%、29.04%和54.22%;10.25%、20.51%和30.77%;同时一氧化氮(NO)含量和一氧化氮合酶(NOS)活性增加,分别比对照的增加了0.19、0.49和1.02倍;0.17、0.38和0.59倍。纳米TiO2导致细胞内钙离子的浓度增加,分别是对照的1.35、2.75和4.45倍。纳米TiO2处理的原代海马神经中受体亚基NR1、NR2A和NR2B蛋白均表达下调,与对照相比分别下调了9.62%、12.00%和25.30%;4.39%、14.22%和39.85%;1.61%、16.04%和26.07%。此外,纳米Ti O2降低了Ca2+-ATPase和Na+/K+-ATPase的活性,即分别下降了9.46%、29.04%和45.32%,12.96%、23.28%和50.80%。最终,纳米Ti O2导致了海马神经元钠钾电流的变化幅度增加。可见纳米Ti O2通过干扰了谷氨酸代谢和受体功能来引起原代海马神经元细胞树突发育的抑制。
【关键词】：纳米Ti O2 海马神经元 细胞凋亡 氧化应激 树突发育 谷氨酸代谢 NMDA受体
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R114
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一部分：研究背景10-22
• 1 纳米材料的特征及应用10-12
• 2 纳米颗粒进入神经中枢系统的途径12-13
• 3 纳米TIO_2的神经毒性13-15
• 4 纳米TIO_2神经毒理研究展望15-16
• 5 研究思路16
• 6 研究内容16-17
• 7 本论文创新点17
• 参考文献17-22
• 第二部分 纳米氧化钛诱导大鼠原代海马神经元凋亡的分子机制22-48
• 1 材料与方法23-26
• 2 实验结果26-28
• 3 讨论28-42
• 参考文献42-48
• 第三部分 纳米氧化钛抑制原代海马神经元树突发育与谷氨酸代谢紊乱和受体功能损伤相关48-75
• 1 材料与方法49-52
• 2 实验结果52-53
• 3 讨论53-57
• 4 结论57-67
• 参考文献67-75
• 结论与展望75-77
• 攻读学位期间本人公开发表的论文77-78
• 课题资助情况78-79
• 致谢79-80

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本文编号：842046