随着纳米材料的广泛应用和重金属污染的加剧,越来越多的纳米材料和重金属进入环境中,生物体同时接触到纳米材料和重金属的双重污染的机会逐渐增加,从而可能在生物体内产生毒性的协同效应。纳米氧化锌具有很高的催化活性和很大的比表面积,能够与生物分子相互作用,导致活性氧的积累而产生氧化应激。镉是一种毒性很强的重金属,它对于绝大多数生物都是有害的。镉元素的主要毒性为诱导氧化应激和遗传变异,抑制机体内运输,竞争性抑制锌和镁,抑制亚铁红素的合成,损害线粒体使其凋亡,镉结合巯基使得蛋白质结构扭曲并且消耗谷胱甘肽等等。本文中选择纳米氧化锌和镉元素作为代表,研究它们在生物体内的毒性协同效应。第1章,我们简单介绍纳米氧化锌和镉元素的毒性效应。纳米氧化锌可以对细胞、机体组织产生多种不同的毒性效应。它的粒径、表面特性、溶解性以及暴露路径都是影响毒性的重要因素。氧化应激、配位效应和锌代谢紊乱是纳米氧化锌产生毒性的主要作用机制。镉元素在自然环境的大量存在,在工业商品和废料中残留,通过食物链进入生物体而产生毒性。目前对于纳米氧化锌和镉元素之间的协同毒性仍然不清楚,故有必要对它们协同毒性进行研究。第2章,通过研究小鼠在连续7天腹腔注射纳米氧化锌和氯化镉后的生长状况、各主要组织的脏器系数变化、血清生化指标变化和组织病理学变化,确定它们对小鼠的毒性是否具有协同效应。实验结果表明,单独注射纳米氧化锌对小鼠的组织病理学情况和生化指标等没有产生明显影响,表明纳米氧化锌在20mg/kg BW剂量时对小鼠是低毒的。相反,氯化镉明显地抑制小鼠的生长,引起肝功能指标的显著改变和肝组织的病变,表明氯化镉对小鼠产生显著的毒性。有趣的是,同时注射纳米氧化锌和氯化镉7天后,小鼠生长接近对照组水平,肝脏器系数未出现明显增加,肝功能指标没有发生显著地改变,肝组织没有发生明显的病变。这些结果表明,纳米氧化锌能够抑制氯化镉在小鼠体内的毒性。第3章,研究了纳米氧化锌和氯化镉对小鼠氧化应激的协同作用。连续7天同时注射纳米氧化锌和氯化镉后,纳米氧化锌暴露组没有明显的肝脏和肾脏的氧化损伤,而氯化镉暴露组出现了明显的肝脏和肾脏的氧化损伤。共同暴露纳米氧化锌和氯化镉组的肝脏和肾脏中GSH含量、SOD和GSH-Px活性明显高于单独暴露氯化镉或纳米氧化锌组。共同暴露组的MDA含量高于单独暴露氯化镉或纳米氧化锌组的MDA含量。说明纳米氧化锌能够抑制氯化镉对小鼠肝脏和肾脏的氧化损伤。第4章,为了研究纳米氧化锌和氯化镉协同毒性的作用机制,我们分析小鼠体内锌和镉的生物分布。结果表明,锌和镉含量在肝组织中均出现显著的协同增加效应。锌和镉在肝组织中协同聚集主要原因是锌和镉与一种小分子蛋白质(金属硫蛋白)的结合,这种蛋白质在肝脏中的含量较其他内脏要高的多,而锌和镉可以促进这种蛋白质的合成。金属硫蛋白含量的增加可以减少体内自由的Cd2+浓度,锌含量的增加可以减少镉对体内锌平衡的破坏作用,这是纳米氧化锌抑制氯化镉毒性的两个主要作用机制。