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目的:本研究采用经口灌胃法染毒,观察纳米四氧化三铁(nano-Fe3O4)对大鼠肝脏的毒性作用,并从氧化性损伤、DNA损伤和细胞凋亡角度探讨纳米四氧化三铁肝脏毒性可能的作用机制。
方法:40只Wistar大鼠雌雄各半,按体重随机分为4组:分别为阴性对照组、nano-Fe3O4低剂量组(188mg/kg)、Nano-Fe3O4中剂量组(377mg/kg)、nano-Fe3O4高剂量组(754mg/kg),采用经口灌胃法染毒,每天染毒一次,连续染毒30天。染毒期间观察试验动物的一般状态,每周称重一次;30天后处死动物,取肝脏、肺脏、肾脏、脾脏和睾丸/卵巢称重,并计算各脏器脏体比;取大鼠肝脏进行组织病理学检测;检测大鼠血清中天冬氨酸氨基转移酶(Aspartic transaminase,AST)、丙氨酸氨基转移酶(Alanine aminotransferase,ALT)的含量;制备肝脏组织匀浆,检测其中丙二醛(Malonaldehyde,MDA)含量、谷胱苷肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GSH-Px)和超氧化物歧化酶(Superoxidedismtltase,SOD)活性;单细胞凝胶电泳试验检测肝脏细胞DNA的损伤;同时采用透射电镜(TEM)法检测肝脏细胞凋亡情况,并应用Western blotting法检测肝脏线粒体凋亡通路相关蛋白caspase-3、bcl-2、bax、细胞色素C和caspase-9的表达水平。
结果:灌胃操作后,各组动物出现精神萎靡和行动迟缓,属于非特异性症状,与nano-Fe3O4作用无关;Nano-Fe3O4对大鼠体重无明显影响,肝/体比,较阴性对照组显著增加;光镜下可见nano-Fe3O4组大鼠肝脏实变和肿大;肝脏细胞出现不同程度的水肿;透射电镜检查高剂量组大鼠肝细胞核膜下染色体边集,呈现凋亡前期特征;Nano-Fe3O4实验组血清AST、ALT的含量显著高于阴性对照组;Nano-Fe3O4可致大鼠肝脏组织MDA含量升高,SOD、GSH-Px活力下降,说明nano-Fe3O4可致肝脏产生氧化性损伤;Nano-Fe3O4可引起大鼠肝脏细胞DNA链发生断裂,DNA断裂细胞的尾DNA含量、尾矩、Olivet尾矩和尾长较溶剂对照组显著增加,说明nano-Fe3O4可导致肝脏细胞发生DNA损伤;Nano-Fe3O4组大鼠肝脏细胞caspase-3蛋白活性片段的表达与溶剂对照组比较明显增强,说明nano-Fe3O4可致肝脏细胞发生凋亡;Nano-Fe3O4可引起大鼠肝脏细胞caspase-9、细胞色素C蛋白表达和Bax/Bcl-2比例显著增加,说明凋亡是通过线粒体通路激活的。
结论:Nano-Fe3O4可导致大鼠肝/体比值增加;可引起大鼠肝脏水肿、慢性炎症反应,肝脏细胞出现散在细胞凋亡;Nano-Fe3O4可破坏肝细胞膜的结构和功能,使血清中AST、ALT的含量增高;nano-Fe3O4可致肝脏组织发生氧化性损伤,表现为脂质过氧化产物MDA的含量增加和抗氧化物质SOD、GSH-Px的损耗;nano-Fe3O4可引起肝脏细胞DNA损伤。Nano-Fe3O4引起大鼠肝脏细胞凋亡可能的机制:Nano-Fe3O4可以通过氧化应激直接介导生物大分子损伤,或影响细胞内外微环境,影响细胞生长;Nano-Fe3O4可能通过产生自由基及脂质过氧化产物诱导DNA损伤,或直接引起DNA损伤致使大量细胞功能失调或死亡;Nano-Fe3O4可能通过增加caspase-3、caspase9、Bax、细胞色素C蛋白表达,降低Bcl-2蛋白表达,通过线粒体途径诱导肝脏细胞凋亡。