纳米氧化钛导致小鼠肾损伤的分子机制研究

【摘要】纳米二氧化钛(TiO2)因具有独特的光催化特性、耐化学腐蚀性和热稳定性，已广泛应用于化妆品、涂料、食品添加剂、空气净化、废水处理、杀菌等领域。因此，纳米TiO2将不可避免地进入环境并通过不同的途径进入人体，引起相应的毒理学效应，其对人体的潜在毒性已引起科学界的高度关注。作为纳米颗粒作用的重要靶器官，纳米TiO2对肾脏的损伤作用值得深入研究。目前，国内外已开展纳米TiO2暴露引起的肾毒性的研究，但对其分子机制的研究尚未深入。因此，本论文主要研究纳米TiO2低剂量长期暴露对肾脏的毒性损伤作用及其可能的分子机制，为制定纳米TiO2使用安全标准和评价纳米TiO2生物学效应提供了重要的理论依据。论文主要涉及以下内容：（1）纳米TiO2可导致小鼠肾脏发生炎症反应，但其作用机制仍不清楚。在本研究中，以不同剂量（2.5、5和10mg/kg）的纳米TiO2对小鼠持续90天灌胃处理，分析肾脏中核转录因子–κB（NF–κB）、肿瘤坏死因子–α（TNF–α）、巨噬细胞移动抑制因子(MIF)、白细胞介素-2（IL–2）、白细胞介素-4（IL-4）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、白细胞介素-10（IL-10）、白细胞介素-18（IL-18）、白细胞介素-1β（IL-1β）、交叉反应蛋白(CRP)、转化生长因子(TGF-β)、干扰素(INF-γ)、细胞色素P4501A1(CYP1A1)及热休克蛋白70（HSP70）的表达水平，并测定肾功能生化指标，评估肾组织病理变化。结果表明，纳米TiO2颗粒在肾脏中积累，导致肾炎症、细胞坏死和肾功能紊乱。RT-PCR和ELISA结果进一步表明纳米TiO2可诱导小鼠肾脏中NF–κB、TNF–α、MIF、IL–2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-1β、CRP、TGF-β、INF-γ和CYP1A1表达的显著增加，却抑制了HSP70的表达。这些结果表明，纳米TiO2引起的小鼠肾损伤可能与炎症相关因子表达的改变及肾脏对纳米TiO2解毒作用的降低有关。（2）为了进一步研究纳米TiO2导致肾损伤的分子机制，本研究以不同剂量（2.5、5和10mg/kg）的纳米TiO2对小鼠持续6个月灌胃处理，分析肾脏的生化功能指标、病理学变化、氧化胁迫水平、谷胱甘肽水平以及与氧化炎症相关基因表达水平的变化情况。结果显示纳米TiO2长期暴露后小鼠的肾脏出现明显的活性氧积累及脂质、蛋白质和DNA的过氧化，同时伴随肾功能的紊乱、炎症细胞的浸润、脂肪变性和细胞的凋亡等病变。纳米TiO2抑制基因Nrf2和Nrf2靶基因产物如血红素加氧酶1、谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基和谷胱甘肽S-转移酶的表达，降低总谷胱甘肽的含量，同时促进氧化炎症相关基因产物如NAD（P）H氧化酶亚基（NOX4）、环氧合酶-2和核因子-κB（NF-κB）的表达。这说明长期纳米TiO2暴露可导致小鼠肾的氧化和炎症损伤。（3）纳米TiO2能在肾脏中积累并导致一系列的损伤，但肾损伤的多基因共同作用的分子机制却知之甚少。因此将小鼠通过连续90天的10mg/kgTiO2纳米TiO2灌胃后，利用全基因组基因芯片技术研究肾脏基因表达的变化情况。结果表明纳米TiO2在肾中积累导致小鼠体重下降、肾指数增加和肾组织中营养元素分布失衡，同时导致肾组织中肾小球数量的显著减少、细胞凋亡、炎症细胞的浸润、组织坏死或肾小管坏死。此外，基因芯片数据表明肾脏中有1246个基因差异性表达。其中，1006个已知功能基因的表达变化分别与免疫炎症反应、凋亡、生物过程、氧化应激、离子运输、代谢过程、细胞周期、信号转导、细胞成分、转录、翻译和细胞分化有关。尤其是，Bcl6、Cfi和Cfd的上调引起明显的免疫炎症反应；Cyp4a12a、Cyp4a12b、Cyp24a1和Akric18表达的显著改变导致严重的氧化应激；Axud1、Birc5、Ccl19、Ccl21和E2F1的差异性表达导致肾细胞凋亡。因此，Axud1、Bcl6、Cf1、Cfd、Cyp4a12a、Cyp4a12b、Cyp24a1、Birc5、Ccl19、Ccl21和E2F1可能是纳米TiO2引起肾毒性的生物标记物。
【作者】桂素馨；
【导师】洪法水；
【作者基本信息】苏州大学，生物物理学，2014，硕士
【关键词】纳米TiO2；小鼠；肾毒性；炎症；氧化应激；细胞凋亡；基因表达谱；

【参考文献】
[1]李程.信托法律关系研究[D].浙江大学,民商法学,2012,硕士.
[2]刘协鲁.陕西凤县柴蚂金矿床地质地球化学特征及成因研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[3]单成刚.基于FPGA的无刷直流电机控制系统研究[D].西安工业大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[4]魏绍芬.江苏省渔业科技示范园建设的调查和思考[J].现代渔业信息.2002(08)
[5]柯丽娟.106例妊娠合并卵巢肿瘤及瘤样病变临床分析[D].福建医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[6]吴丹.肺气虚型变应性鼻炎相关因素研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[7]江飞.绿色时变车辆路径问题研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[8]吕昭智.棉铃虫网络监测预警信息系统关键技术的研究[D].中国农业大学,2004.
[9]黄莉娜.电子支付中的金融消费者权益行政法保护制度[D].复旦大学,宪法学与行政法学,2012,硕士.
[10]潘喻飞.鞘内移植人前脑啡肽基因修饰HEK293细胞对大鼠慢性癌痛镇痛效果的观察[D].山西医科大学,麻醉学,2013,硕士.
[11]陆福宪.在温室效应学术讨论会上的讲话[J].上海环境科学.1990(09)
[12]张志兵.空间数据挖掘关键技术研究[D].华中科技大学,2004.
[13]应建彬.虚拟现实技术在上矢状窦旁脑膜瘤患者围手术期的应用[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[14]李代红.KPI在事业单位绩效管理中的应用研究[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[15]万建美.铁基高温超导的穆斯堡尔谱研究[D].兰州大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[16]王龙耀.5’-三磷酸腺苷的分离与提纯研究[D].广西大学,化学工艺,2004,硕士.
[17]王新华,陈增强,袁著祉.基于扩张观测器的非线性不确定系统输出跟踪[J].控制与决策,2004,10:1113-1116.
[18]STEPHANTHOMASWORACK.全球经济下的新兴经济体：中国和巴西与欧盟国家直接投资往来的研究[D].复旦大学,世界经济,2012,硕士.
[19]鞠光乾.Fe、Si和Cu杂质元素对Al-Zn-In阳极的电化学性能研究[D].大连海事大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[20]代贤俊.面向写作辅助的中文智能输入法系统[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[21]季秀才,郑志强,张辉.SLAM问题中机器人定位误差分析与控制[J].自动化学报,2008,03:323-330.
[22]陈元益.大型客机座舱仿真实验平台的搭建与实验研究[D].天津大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[23]冯珑倩.A公司财务共享服务体系优化设计[D].山东财经大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[24]许朝娜.中职语文文学经典作品教学研究[D].杭州师范大学,学科教学（专业学位）,2011,硕士.
[25]张莹.中等职业学校学分制下的教学管理改革研究[D].浙江工业大学,2009.
[26]张伟.全液压滚切剪比例伺服控制策略及实验研究[D].太原科技大学,控制工程,2014,硕士.
[27]常郑,王欢文,胡中爱,杨玉英,张子瑜.热膨胀制备含氧官能团化的石墨烯及其电化学电容性能[J].材料导报,2012,18:49-53.
[28]高卫.论我国涉检信访工作机制的完善[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[29]柳英.我国捕后羁押必要性审查机制研究[D].华侨大学,法律,2013,硕士.
[30]何晓义.木蹄复方抗肿瘤活性组分提取工艺及抗肿瘤作用研究[D].浙江中医药大学,中药学,2013,硕士.
[31]何凤亿.Mg-8Al-1.5Ca-0.2Sr镁合金热变形组织演变行为研究[D].湖南大学,材料加工工程,2012,硕士.
[32]张占斌.复杂断裂带对上覆岩体破坏规律及突水灾害预测的研究[D].北方工业大学,岩土工程,2013,硕士.
[33]闫盟.论苏天爵的文学思想[D].河北大学,中国古代文学,2014,硕士.
[34]王偲臣.稳定性调控状态下的轴流压气机转子叶顶尾迹实验研究[D].中国科学院研究生院（工程热物理研究所）,动力机械及工程,2013,博士.
[35]魏秀业.基于粒子群优化的齿轮箱智能故障诊断研究[D].中北大学,2009.
[36]丁建安.垄断的法律经济分析——以对相关市场的界定为路径[D].吉林大学,经济法学,2004,硕士.
[37]刘岸杰.吡唑啉酮类席夫碱光致变色化合物的理论研究[D].新疆大学,物理化学,2014,博士.
[38]赵妍.基于教育券制度的中国高等教育质量提升研究[D].兰州大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[39]孙文静.不同杀青方式制备桑叶茶及其体外抗氧化作用研究[D].西南大学,食品科学,2014,硕士.
[40]简力.中国企业海外并购的经营绩效研究[D].山东大学,世界经济,2013,硕士.
[41]王旭.基于AdaBoost算法的目标检测系统研究[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[42]崔瑶.网络时代我国传统报业数字化转型方式探析[D].吉林大学,新闻与传播,2014,硕士.
[43]苏海芳,王腾,张胜义.Mn_3O_4/氧化石墨烯纳米复合物的制备及其超级电容性能[J].化学研究,2012,02:4-7.
[44]施文军.一维耦合映象格子中参数噪声影响的研究[D].广西大学,理论物理,2004,硕士.
[45]崔鹏.DLP公司汽车零部件配套项目的成本控制研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[46]赵丽平.建国初期党对知识分子的任用与改造[D].中国人民大学,思想政治教育,2011,硕士.
[47]李诗言.胃旁路术治疗2型糖尿病机制的研究[D].吉林大学,外科学,2014,硕士.
[48]高哲,廖晓钟.基于平均速度的混合自适应粒子群算法[J].控制与决策,2012,01:152-155+160.
[49]张兴兰,欧阳奇.基于辐射图像处理技术的保护渣熔化速度测量新方法[J].冶金自动化,2010,03:25-29.
[50]胡珍.温清饮对皮肤表皮终末分化蛋白FLG表达的影响[D].川北医学院,皮肤病与性病学,2013,硕士.