论文部分内容阅读
碲化镉量子点（CdTe quantum dots,CdTe QDs）因其合成简单、量子产率高、单色性好、量子限域效应明显等优点,被认为是发光效果最好的量子点,广泛应用在各行各业,并有良好的靶向药物输送和生物医学成像的应用前景。本论文主要围绕镉系量子点（CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs）致小胶质细胞活化诱发海马区炎性反应的机制,并比较了 Ag2Se QDs诱发小鼠海马体炎性反应的机制。具体的研究内容分为以下四个部分:1.量子点的制备与表征。本研究使用的CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs是本课题组自制,论文首先对前期课题组关于这两种量子点的表征进行了总结。Ag2Se QDs由武汉大学提供。通过透射电子显微镜（TEM）、Malvern粒径分析仪（Malvern size analyzer）、电位粒度分析仪、荧光分光光度计、紫外-可见光分光光度计对CdTe QDs、CdTe@ZnS QDs和Ag2Se QDs的粒径、形态、水合粒径、Zeta电位、最大发射荧光波长等进行了表征。最后,我们评估了以上几种量子点对小胶质细胞（BV2细胞）细胞活力的影响,目的是确定后期实验的暴露浓度。2.CdTe和CdTe@ZnS QDs对模式动物神经毒性及机制的研究。首先,选取寿命和炎性相关基因的表达情况来探索CdTe和CdTe@ZnS QDs暴露后秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans,简称C.elegans或线虫）的炎性反应,以此间接反应这两种量子点对神经系统功能的影响。然后,观察记录这两种量子点暴露后线虫的向前运动、头部摆动频率和身体弯曲频率几个行为学指标,从行为学角度评价CdTe和CdTe@ZnS QDs的神经毒性效应。最后,通过检测小鼠小胶质细胞的活化情况和IL-1β介导的炎性反应相关指标,探索CdTe和CdTe@ZnS QDs对小鼠海马体炎性反应的机制。3.CdTe和CdTe@ZnS QDs诱导NLRP3炎症小体活化导致BV2细胞炎性反应的机制研究。在秀丽线虫和小鼠的实验结果明确了 CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs这两种量子点的神经毒性的基础上,我们使用神经小胶质细胞（BV2细胞）,围绕CdTe和CdTe@ZnS QDs暴露可能导致的BV2细胞中NLRP3炎症小体活化进而导致IL-1β介导的炎性反应,进一步探索了这两种量子点造成神经毒性的可能毒作用机制。4.Ag2Se QDs的神经毒性效应及作用机制研究。我们比较了 Ag2Se QDs与CdTe和CdTe@ZnS QDs的毒性。前面的研究表明,CdTe和CdTe@ZnS QDs暴露后可以引起秀丽隐杆线虫的神经性行为缺陷以及小鼠海马体的炎性损伤,NLRP3炎症小体的活化在这两种QDs诱导神经炎症的毒性机制中起着至关重要的作用。因此,我们希望考察被认为毒性较低的Ag2Se QDs是否也有同样的毒性效应?首先检测了Ag2Se QDs对秀丽隐杆线虫的神经功能有无影响,然后探索Ag2Se QDs对小鼠海马体的潜在炎症反应,最后选用BV2小胶质细胞研究Ag2Se QDs的促炎症机制。主要结果如下:1.量子点的制备和表征:几种量子点的表征结果表明,QDs粒径分布均匀、晶格结构明显、稳定性良好,可满足本研究的实验要求。根据MTT实验结果确定了 1.25、2.5和5 nM作为CdTe QDs、CdTe@ZnS QDs和Ag2Se QDs后期实验的暴露浓度。2.CdTe和CdTe@ZnS QDs对模式动物的神经毒性及机制研究:首先,两种QDs暴露都会以不利的方式改变线虫的运动行为。当暴露浓度和时间相同时,CdTe QDs对线虫的寿命和行为的损害远比CdTe@ZnS QDs更为严重,并且这两种QDs都会引起秀丽线虫的炎性反应和神经系统功能的损害,这种损害可能跟ROS升高导致的氧化应激有关。其次,在这两种QDs暴露的小鼠海马体中,观察到了小胶质细胞的活化和IL-1β介导的炎性反应。总的来说,CdTe@ZnS QDs暴露引起的炎性反应比CdTe QDs更轻,这表明ZnS壳具有一定的保护作用。但是,这两种量子点都能够不同程度的激活NLRP3炎症小体,这表明ZnS壳不能完全阻止CdTe QDs引起的某些不良反应。3.CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs调控NLRP3炎症小体活化导致BV2细胞炎性反应的机制研究:研究结果表明,CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs这两种量子点暴露均会导致BV2细胞中IL-1 β介导的炎症和炎性细胞死亡。当探索这两种量子点诱导的IL-1 β释放进而引起细胞炎性死亡的分子机制时,我们发现NLRP3炎症小体的激活参与其中。首先,这两种QDs激活了 NF-κB通路,不仅导致BV2细胞中NLRP3炎性小体priming,而且还促进了细胞中pro-IL-1β的表达。其次,QDs暴露导致过多ROS的产生触发了 NLRP3炎症小体的激活,进而导致caspase-1活化后剪切pro-IL-1β成为成熟的IL-1β并释放到细胞外。此外,当caspase-1或NF-κB或ROS被特异性抑制剂抑制时,由CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs引起的IL-1β分泌的增加和细胞的炎性死亡在BV2细胞中得到了有效的缓解。4.Ag2Se QDs神经毒性效应及作用机制的比较研究:结果表明,Ag2Se-PEG QDs会引起秀丽隐杆线虫的神经性为缺陷以及小胶质细胞的活化,继而引起小鼠海马体的炎症反应,并在BV2细胞中引起NLRP3炎症小体激活,导致促炎性细胞因子IL-1β介导的炎症反应。一方面,Ag2Se QDs激活了 NF-κB通路,导致BV2细胞中NLRP3炎症小体的激活,并促进细胞中pro-IL-1β的表达。另一方面,Ag2Se QDs诱导了过多ROS的生成,特别是mtROS的生成,触发了 NLRP3炎症小体的激活,进而导致caspase-1的活化,由NF-κB激活产生的pro-IL-1β被活化的caspase-1剪切转化为成熟的IL-1β（clevead-IL-1β）,分泌到细胞外,导致炎症的发生。本研究主要探讨了镉系QDs（CdTe QDs和CdTe@ZnS QDs）致小胶质细胞活化诱发海马体炎性反应的机制,以及Ag2Se QDs诱导小鼠海马体炎性反应的机制。从而寻找有效的方法来缓解甚至消除这几种QDs导致的中枢炎症,为后续进一步优化QDs,及其临床安全应用提供理论依据。