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目的:探讨纳米氧化锌(Nano-ZnO)在大鼠中枢神经系统主要功能脑区的分布与毒性效应,及其对多巴胺能神经元的损伤与机制。材料与方法:雄性Wistar大鼠,分为生理盐水对照组、Nano-ZnO暴露组(20μg/g.bw),每天鼻腔滴注1次,共15d和30d。于15d染毒结束,利用透射电镜检测Nano-ZnO在主要功能脑区的分布、定位及其超微结构;于15、30d观察相应脑区氧化应激、免疫炎性水平及组织病理学。在细胞水平,2～20μg/mL的Nano-ZnO与PC12细胞共培养,观察细胞形态学、存活率、LDH渗漏、细胞周期与凋亡、氧化应激、线粒体功能及细胞生长和信号调节相关蛋白表达水平。结果:Nano-ZnO滴注15d,大鼠嗅球、海马、纹状体和皮质组织可见纳米颗粒沉积,主要存在于神经纤维断面和细胞质内,并造成相应脑区高尔基体、粗面内质网和线粒体损伤及溶酶体和游离核糖体增多。暴露15、30d,嗅球、海马、纹状体GSH含量显著降低,MDA含量显著升高,且30d皮质和小脑GSH含量亦显著降低、MDA含量显著升高;15、30d嗅球、海马、纹状体IL-1β、TNF-α水平显著升高,且30d小脑TNF-α水平亦显著升高。同时暴露30d,嗅球、纹状体、皮质及海马的CA1区、CA3区、齿状回出现细胞排列紊乱、细胞变性,且CA1、CA3区出现细胞浸润、纹状体可见神经元水肿和细胞浸润。细胞实验发现,Nano-ZnO可致PC12细胞形态学改变,细胞突起变短、减少,甚至消失;8～20μg/mL的Nano-ZnO暴露6、12h细胞活性显著降低,培养液上清中LDH活性显著升高。6h的暴露时间下,8～20μg/mL的Nano-ZnO可致细胞MDA、NO含量显著升高;4～20μg/mL的Nano-ZnO可致细胞SOD活性显著下降、ROS水平显著升高及ATP与线粒体膜电位显著降低,细胞周期阻滞在G2/MG期,并引发细胞凋亡。此外,Nano-ZnO可致细胞骨架蛋白Tubulin-α、Tubulin-β、NF-H及神经突触间信号传递调节蛋白CAMK2A、轴突形态与消亡调节蛋白CAMK2B,神经生长蛋白GAP43表达显著降低。结论:Nano-ZnO鼻腔滴注可沿嗅神经通路转运至中枢神经系统,引发主要功能脑区氧化应激和免疫炎性反应及超微结构和病理学损伤。可通过氧化应激机制引发多巴胺能神经元线粒体功能障碍及细胞周期阻滞与凋亡;通过影响细胞骨架蛋白破坏神经元的结构,导致神经元间物质运输与信息传导受阻,引发神经系统功能损伤;通过影响神经生长相关蛋白导致神经元修复再生障碍;通过钙/钙调节激酶信号通路诱发迟发型神经毒性。