纳米二氧化硅通过“微生物—肠—脑”轴途径对神经行为损伤的机制研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xgimi1985
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目的:纳米二氧化硅作为一种食品添加剂被广泛应用于食品中,然而其可能对人体存在一定的健康风险。我们通过建立纳米二氧化硅颗粒(Silicon dioxide nanoparticles,SiO2NPs)经消化道暴露的小鼠模型,研究SiO2NPs经消化道进入机体,对肠道菌群和生理功能的影响,通过“肠-脑”轴途径最终对神经行为功能的影响,为SiO2NPs的神经毒性机制研究和安全性评价奠定基础。方法:将20只4周龄健康雄性C57BL/6J小鼠随机分为vehicle对照组和SiO2NPs暴露组,每组各10只。适应性喂养一周后,SiO2NPs暴露组灌胃3g/kg SiO2NPs,对照组灌胃等量生理盐水。持续暴露28天后,采用Morris水迷宫和旷场实验检测神经行为的改变;16S核糖体RNA(r RNA)基因测序检测肠道微生物群α多样性、群落组成及其功能的改变;RT-PCR实验检测肠道和大脑皮层炎症、肠脑肽相关基因以及肺和肝损伤相关基因的表达;分别采用H&E染色实验、免疫组化实验和AB-PAS染色实验观察肠道和大脑皮层的病理损伤、肠道潘氏细胞和肠道杯状细胞的变化;免疫荧光实验观察肠神经元标志物Tu J1和Hu C/D的表达;ELISA实验检测肠道中DAO含量、肠道和肺中s Ig A含量;酶试剂盒检测肠道蔗糖酶、乳糖酶、麦芽糖酶、碱性磷酸酶和γ-谷氨酰转移酶的含量;细胞计数法检测BALF中细胞数量变化;MDA和SOD试剂盒检测肺和肝中MDA含量和SOD活性。结果:与对照组相比,(1)Morris水迷宫和旷场实验结果表明SiO2NPs暴露显著诱导空间学习和记忆障碍以及自主运动抑制;(2)16S r RNA测序结果表明SiO2NPs暴露改变了肠道微生物的α多样性、群落组成及其功能;(3)RT-PCR实验结果表明SiO2NPs暴露不会影响肠道和大脑皮层炎症、脑肠肽相关部分基因以及肺和肝损伤相关基因的表达,但会显著降低脑肠肽基因Vipr1和Sstr2的表达,差异有统计学意义(P<0.05);(4)H&E染色实验、免疫组化实验和AB-PAS染色实验的结果分别表明SiO2NPs暴露诱导肠道和大脑皮层的病理损伤、肠道潘氏细胞和肠道杯状细胞数量减少;(5)免疫荧光结果显示SiO2NPs暴露后肠神经元标志物Tu J1和Hu C/D的表达明显上调,差异有统计学意义(P<0.05);(6)ELISA实验结果显示SiO2NPs暴露后肠道中DAO含量和肺中s Ig A含量无明显改变,但是显著降低肠道s Ig A含量,差异有统计学意义(P<0.05);(7)酶试剂盒检测结果显示SiO2NPs暴露后肠道乳糖酶、麦芽糖酶、碱性磷酸酶和γ-谷氨酰转移酶的含量无明显改变,但是肠道蔗糖酶含量明显降低,差异有统计学意义(P<0.05);(8)细胞计数实验结果显示SiO2NPs暴露对BALF中细胞数量无明显影响;(9)MDA和SOD试剂盒检测结果显示SiO2NPs暴露后肺和肝中MDA含量和SOD活性无明显改变。结论:SiO2NPs经消化道暴露引起肠道微生物群改变和肠道病理学损伤,通过特异性扰乱“肠-脑”轴而非“肠-肺”轴或“肠-肝”轴诱导神经行为障碍。
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