納米氧化鈦引起海馬神經(jīng)元毒性的分子機(jī)制研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)，由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于水、土壤和空氣凈化、化妝品、食品添加劑和涂料等行業(yè)。它可通過(guò)皮膚，呼吸道和消化道進(jìn)入人體而對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生潛在的危害。此外，納米TiO2可以通過(guò)嗅覺(jué)通路進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）損傷神經(jīng)元細(xì)胞。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米TiO2神經(jīng)毒性和其對(duì)學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的海馬區(qū)的損傷已有相關(guān)的研究，但是對(duì)于與學(xué)習(xí)記憶功能密切相關(guān)的海馬神經(jīng)元細(xì)胞的研究卻鮮有報(bào)道。鑒于此，本論文以具有發(fā)育特性的大鼠原代海

2、馬神經(jīng)元細(xì)胞為模型，用不同濃度（5、15和30μg/mL）的納米TiO2（銳鈦型，5 nm）處理細(xì)胞24 h，對(duì)其引發(fā)的學(xué)習(xí)記憶損傷相關(guān)的海馬神經(jīng)元凋亡的分子機(jī)制和對(duì)海馬神經(jīng)元細(xì)胞樹(shù)突發(fā)育的影響及其機(jī)制進(jìn)行研究。本研究可為納米TiO2長(zhǎng)期暴露引起神經(jīng)毒性和學(xué)習(xí)記憶損傷評(píng)估提供重要的理論依據(jù)。
　　論文主要涉及以下內(nèi)容：
　　（1）在這部分研究中，從新生一天的SD大鼠分離培養(yǎng)海馬神經(jīng)元48 h，并使之暴露于5、15和30μg/

3、mL納米TiO2中24 h，隨后研究細(xì)胞活力、超微結(jié)構(gòu)和線粒體膜電位、鈣穩(wěn)態(tài)、氧化應(yīng)激、抗氧化能力和細(xì)胞凋亡信號(hào)通路。研究結(jié)果表明，隨著納米TiO2濃度的增加，原代海馬神經(jīng)元細(xì)胞活性下降，與對(duì)照相比，細(xì)胞活性分別下降了13.78％、20.42%和29.42%，乳酸脫氫酶的釋放增加，和對(duì)照相比分別增加了19.54%、36.13%和62.07%。同時(shí)納米 TiO2引起了細(xì)胞凋亡并且凋亡率呈劑量依賴(lài)性，分別是對(duì)照的2.51、3.14和4.25

4、倍。此外，納米TiO2導(dǎo)致原代培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣的積累，分別是對(duì)照的1.55、2.66和3.76倍，線粒體膜電位（MMP）顯著下降，分別是對(duì)照的84.20%，60.00%和38.00%。細(xì)胞中細(xì)胞色素c（cytochrome c）、caspase-3、Bax、caspase-12、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）和C/ EBP同源蛋白（CHOP）的蛋白表達(dá)均上調(diào)，分別是對(duì)照的1.54、2.22和3.77倍；2.15、2.85和4.

5、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蛋白表達(dá)下調(diào)，分別下調(diào)了8.63%、19.76%和34.70%。這些結(jié)果表明，納米TiO2導(dǎo)致的海馬神經(jīng)元凋亡與線粒體介導(dǎo)的信號(hào)相關(guān)聯(lián)的通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的信號(hào)通路有關(guān)。
　?。?）為了進(jìn)一步了解神經(jīng)毒性的分子機(jī)制，用不同濃度納米 TiO2（5、15和30μg/mL）處理生長(zhǎng)到第四天的原

6、代海馬神經(jīng)元24 h，接著分析了納米TiO2在細(xì)胞中的分布，樹(shù)突發(fā)育，谷氨酸代謝，谷氨酸受體（NMDAR）亞基（NR1、NR2A和 NR2B）的蛋白表達(dá)水平，細(xì)胞中鈣離子濃度和鈉鉀電流。結(jié)果表明納米TiO2很容易通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，并且嚴(yán)重影響原代海馬神經(jīng)元細(xì)胞樹(shù)突發(fā)育，突起的長(zhǎng)度與對(duì)照相比分別下降了6.92%、28.91%和55.54%。此外，納米TiO2引起細(xì)胞中谷氨酸代謝紊亂，細(xì)胞外谷氨酸釋放量和磷酸化激活的谷氨酰胺酶的

7、活性均增加，與對(duì)照相比分別增加了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，與對(duì)照相比分別下降了14.54%、29.04%和54.22%；10.25%、20.51%和30.77%；同時(shí)一氧化氮（NO）含量和一氧化氮合酶（NOS）活性增加，分別比對(duì)照的增加了0.19、0.49和1.02倍；0.17、0.38和0.59倍。納米TiO2導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度增加，分

8、別是對(duì)照的1.35、2.75和4.45倍。納米TiO2處理的原代海馬神經(jīng)中受體亞基NR1、NR2A和NR2B蛋白均表達(dá)下調(diào)，與對(duì)照相比分別下調(diào)了9.62%、12.00%和25.30%；4.39%、14.22%和39.85%；1.61%、16.04%和26.07%。此外，納米TiO2降低了Ca2+-ATPase和 Na+/K+-ATPase的活性，即分別下降了9.46%、29.04%和45.32%，12.96%、23.28%和50.80%