纳米氧化钛诱导的仔鼠树突发育抑制涉及Rho信号通路

论文总字数：31741字

摘 要

大量研究已表明纳米TiO₂母体染毒可通过胎盘屏障和血脑屏障进入仔鼠脑积累并导致脑损伤及认知功能减弱，其神经毒性的机制仍不明朗，尤其是树突发育抑制的分子机制。本实验分别用1.25、2.5和5 mg/kg BW的纳米TiO₂对母鼠从妊娠第7d至产后21 d连续灌胃后，研究对仔鼠海马神经元树突发育的抑制是否涉及Rho信号通路调控的紊乱。结果表明，纳米TiO₂母体染毒可抑制仔鼠海马神经元轴突和树突的发育。进一步研究表明纳米TiO₂母体染毒可抑制仔鼠海马组织NMDA受体亚基(NR1、NR2A、NR2B)、Rho信号通路相关因子(RhoGTPase、Rac1、Cdc42、p-CREB、PAK3、PAK1、ACK LIMK1、p-LIMK1、和MRCK)蛋白表达，提高Rho信号通路相关因子(Rho A、ROCK1和Cdk5)蛋白表达，同时增加Rho A/ Rac1和Rho A/Cdc42比值，降低Rac1/Cdc42比值。由此可见，纳米TiO₂引起仔鼠神经元树突发育的抑制可能与Rho信号通路功能紊乱有关，且NMDA受体可能也介导了Rho信号通路的调控。

关键词：纳米TiO₂；母体暴露；仔鼠；树突发育；Rho信号通路

Inhibition of dendrite development induced by nano titanium dioxide involves Rho signaling pathway

Abstract：Numerous studies have shown that nano TiO₂ could enter the brain through the placental barrier and blood brain barrier and lead to brain damage and cognitive impairment in offspring mice or rats. The mechanism of its neurotoxicity is still unclear, especially the molecular mechanism of dendrite development inhibition. In this experiment, 1.25, 2.5, and 5 mg/kg BW nano TiO₂ were used to investigate whether the inhibition of the dendrite development of the hippocampal neurons of the offspring mice involved the disturbance of the Rho signaling pathway after the consecutive gavage of female mice from 7d to postpartum 21 d. The results showed that the exposure of nano TiO₂ inhibited the development of axons and dendrites in hippocampal neurons of offspring mice. Furthermore, studies have shown that nano TiO₂ reduced expression of NMDA receptor subunits (NR1, NR2A, and NR2B), Rho signaling pathway related factors (RhoGTPase, Rac1, Cdc42, p-CREB, PAK3, and PAK1, LIMK1, p-LIMK1, ACK, and MRCK,) proteins, and increased expression of Rho signaling pathway related factors (Rho A, ROCK1 and Cdk5). Nano TiO₂ increased the ratios of RhoA/ Rac1 and Rho A/Rac1, and reduced the Rac1/Cdc42 ratio. It implies that the inhibition of development of axons and dendrites in neurons of offspring mouse hippocampus caused by maternal exposure to nano TiO₂ may be related to the dysfunction of the Rho signaling pathway, and the NMDA receptor may also mediate the regulation of the Rho signaling pathway.

Keywords: Nano TiO₂; Maternal exposure; offspring mice; Dendritic development; Rho signaling pathway

目录

第一部分：纳米氧化钛的神经毒理学研究进展 1

1. 纳米氧化钛的特征及应用 1

2. 纳米TiO₂的神经毒性 1

3. 研究思路 3

4. 本论文的创新点 4

参考文献 5

第二部分：纳米氧化钛诱导的仔鼠树突发育抑制涉及Rho信号通路 9

1. 前言 9

2. 材料与方法 10

2.1 化学物制备和表征 10

2.2 实验动物和处理 10

2.3 HE染色脑切片的形态学观察 10

2.4 树突形态学光镜观察 10

2.5 Western blot 分析 11

2.6 统计学分析 11

3. 结果 11

3.1 孕期/哺乳期纳米TiO₂暴露对仔鼠海马发育的形态学影响 11

3.2 高尔基染色结果 13

3.3 树突发育有关蛋白表达分析 14

4. 讨论 16

结论 18

参考文献 19

课题资助情况 23

致谢 24

第一部分：纳米氧化钛的神经毒理学研究进展

1. 纳米氧化钛的特征及应用

随着科学技术的快速发展，工程纳米颗粒作为一种体积小的新型无机材料，有着高稳定性，耐腐蚀和高效光催化活性的特性。在众多纳米材料中，纳米二氧化钛(TiO₂)是使用最为广泛的纳米材料之一，在这其中常见的两种晶体形式为锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。由于纳米TiO₂拥有着独特的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，被广泛地用于与人们生活密切相关的各个行业中，如食品添加剂和抗菌材料等^[1-4]，甚至包括污水处理，紫外线屏蔽剂和牙膏等。

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