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目的:纳米二氧化钛（Titanium dioxide nanoparticles,TiO2NPs）诱导的雄性生殖毒性作用及其作用机制在学术界备受关注,但是关于其是否诱导生殖细胞周期阻滞及其相关机制的研究尚存在空白。本研究通过体外实验,以细胞周期阻滞为切入点,分析TiO2NPs对小鼠精原细胞（GC-1）周期及细胞凋亡的影响,并探讨PI3K/AKT信号通路在TiO2NPs诱导GC-1细胞周期阻滞和凋亡中的作用及相关机制,为探索TiO2NPs的雄性生殖毒性机制提供新的见解,同时也对TiO2NPs的安全性评价具有重要的理论价值。方法:选择GC-1细胞作为研究对象,首先使用不同浓度（0、25、50、75和100μg/m L）的TiO2NPs处理细胞12、24和48 h,采用CCK-8法分析细胞活性,从中选择适宜的干预时间;选择TiO2NPs干预处理24 h的细胞,利用倒置相差显微镜观察GC-1细胞的形态,流式细胞术法测定细胞对TiO2NPs的摄入、细胞周期变化和细胞凋亡情况,Western Blot法测定细胞周期相关蛋白和PI3K/AKT通路相关蛋白的表达水平情况,研究TiO2NPs对GC-1细胞生长、细胞周期和细胞凋亡以及PI3K/AKT信号通路的影响;利用PI3K激动剂IGF-1和抑制剂LY294002进一步探讨PI3K/AKT信号通路在TiO2NPs诱导GC-1细胞周期阻滞和凋亡中的调控作用。结果:1.细胞活性和形态CCK-8实验发现,与对照组相比,TiO2NPs（25、50、75和100μg/m L）干预GC-1细胞12 h后,各剂量组的细胞活力虽有轻微下降趋势但差异没有统计学意义（均P＞0.05）。当作用于细胞24 h和48 h后,与对照组相比,25、50、75和100μg/m L TiO2NPs处理组中细胞活力明显降低（P＜0.05）,并呈现出剂量-效应关系。CCK-8实验结果还发现25、50、75和100μg/m L TiO2NPs处理GC-1细胞24 h及48 h后的细胞活力低于同等剂量处理12 h的细胞活力,而各剂量组TiO2NPs处理GC-1细胞48 h后细胞活力又低于同等剂量处理24 h后的细胞活力。这些均提示TiO2NPs对GC-1细胞毒性存在剂量-效应关系及时间-效应关系。细胞形态和流式细胞术实验结果显示,TiO2NPs处理GC-1细胞24 h后,高剂量的TiO2NPs能够严重破坏GC-1细胞的形态,减少细胞数量,且细胞对纳米颗粒的摄入存在一定的剂量-反应关系。2.细胞周期相关指标TiO2NPs处理GC-1细胞24 h后,流式细胞术检测GC-1细胞周期情况,结果显示,与对照组相比,TiO2NPs可以引起细胞周期阻滞于G0/G1期,具有剂量-效应关系。Western Blot结果发现,TiO2NPs处理GC-1细胞24 h后,相较于对照组,TiO2NPs以剂量依赖方式降低周期相关蛋白CDK2、CDK4、Cyclin E1和Cyclin D1的表达以及增加p21、p53蛋白的表达（P＜0.05）。3.凋亡相关指标TiO2NPs处理后细胞24 h后,流式细胞术检测GC-1细胞的凋亡情况,结果如下,与对照组相比,细胞凋亡在50、75和100μg/m L TiO2NPs处理组中显著升高（P＜0.01）。4.PI3K/AKT信号通路的作用TiO2NPs处理后GC-1细胞24 h后,Western Blot结果发现,与对照组相比,不同浓度的TiO2NPs处理组中PI3K、AKT和m TOR蛋白的表达无明显变化,而p-PI3K、p-AKT、p-m TOR和p-P70S6K蛋白表达量明显减少（P＜0.05）。通过联用PI3K激动剂IGF-1和PI3K抑制剂LY294002进一步验证TiO2NPs对PI3K/AKT信号通路的抑制作用。CCK-8实验结果显示,与TiO2NPs组相比,IGF-1和TiO2NPs联合处理细胞后,细胞活力明显升高（P＜0.05）,LY294002和TiO2NPs联合处理后细胞活力则呈现出下降趋势（P＜0.05）;Western Blot结果显示,TiO2NPs+IGF-1组中p-AKT和p-m TOR蛋白表达量明显高于单独TiO2NPs处理组,而TiO2NPs+LY294002组这两个蛋白表达则显著低于TiO2NPs组;流式细胞术结果发现,与单独TiO2NPs组相比,TiO2NPs+IGF-1组可明显缓解TiO2NPs诱导的细胞周期阻滞和凋亡情况,而TiO2NPs+LY294002组中GC-1细胞周期阻滞和细胞凋亡情况则进一步加重;Western Blot结果显示,与单独TiO2NPs组相比,TiO2NPs+IGF-1组上调了细胞周期蛋白CDK2、CDK4、Cyclin E1和Cyclin D1的表达,下调了p21和p53蛋白的表达,相反在TiO2NPs+LY294002组中细胞周期蛋白CDK2、CDK4、Cyclin E1和Cyclin D1的表达显著降低,p21和p53蛋白的表达明显增加。结论:TiO2NPs可以通过抑制PI3K/AKT信号通路,引起GC-1细胞活性下降,诱导细胞周期阻滞于G0/G1期,进而造成细胞凋亡的发生,PI3K/AKT信号通路所介导的细胞周期阻滞可能是TiO2NPs诱导GC-1细胞凋亡发生的重要机制之一。