研究背景纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-10Onm)的材料。随着纳米技术的产业化和纳米材料的广泛应用,其对人类健康的潜在危险也引起了人们的广泛关注。纳米二氧化硅(nm-SiO2)具有粒径小、化学纯度高、分散性好、比表面积大等特点,近年来其应用范围已经扩展至生物技术和生物医药等领域。nm-Si02正在越来越多地用于诊断、成像和对中枢神经系统的药物传送。随着纳米技术的产业化,nm-SiO2已通过各种不同途径进入环境,人们接触纳米材料的机会将越来越多,其对环境和人类健康的潜在影响十分令人关注。代谢动力学研究表明,nm-SiO2经呼吸道吸入、皮肤接触、消化道吸收及注射等途径与机体接触后能迅速进入体内,并容易通过血液循环透过血脑、血睾、胚胎等生物屏障分布到全身各组织,且在睾丸中纳米材料呈现聚集特征。现有的细胞水平、动物实验和人群研究结果显示,nm-SiO2可以引起基因表达异常、细胞周期改变、细胞凋亡、DNA损伤、炎症反应、氧化应激,并可引起呼吸系统、心血管系统及其他组织器官的损害。因此,在一定条件下nm-SiO2可能对人体健康和生态环境产生潜在危害。然而,到目前为止,关于纳米材料的生殖毒性机制还没有完全揭示。研究目的以Sprague-Dawley雄性大鼠(SD雄性大鼠)生殖系统为研究对象,观察纳米颗粒对生殖系统的损伤并探讨其作用机制,同时与微米级二氧化硅对比,观察不同粒径二氧化硅颗粒所致损伤程度差异,为深入了解纳米材料的毒性效应及机制奠定基础。研究方法选择不同剂量的纳米二氧化硅分散液,在乙醚麻醉下采用鼻腔滴入方式对SD雄性大鼠进行分组染毒同时设置生理盐水对照组和微米二氧化硅组。于染毒4周后断颈处死大鼠,光镜下计数附睾精子数量,计算精子活动率和精子畸形率。制作石蜡病理切片常规HE染色观察睾丸曲精细管形态学变化。利用实时定量PCR (Real-Time PCR)技术测定睾丸组织中碱基切除修复基因和凋亡相关基因mRNA表达情况,同时运用Western Blot技术检测凋亡相关蛋白Caspase3、BAX、Bcl2的表达变化。高效液相色谱技术观察nm-SiO2对SD雄性大鼠睾丸组织全基因组DNA甲基化水平和DNA甲基化相关蛋白表达的影响,进而从表观遗传学角度揭示nm-SiO2的生殖毒性。研究结果(1)与对照组相比,20mg·kg-1微米组、中、高剂量纳米二氧化硅组精子数量、精子活动度均显著降低(p<0.05),精子畸形率显著升高(p<0.05),纳米组的损害显得更加严重。(2)微米染毒组中可见生精细胞核增大,管腔中偶见脱落细胞,曲细精管结构完整；低剂量纳米组中可见生精细胞核增大,其他无明显病理变化；中剂量纳米组中可见生精细胞排列紊乱,细胞数目减少核增大,成熟精子减少,但曲精细管基本维持正常形态；在高剂量纳米组中,可见许多曲精细管明显萎缩,正常组织形态打破,生精细胞、支持细胞及成熟精子都明显减少。(3)低、中、高剂量的nm-SiO2染毒均能是使Caspase-3、Bcl-2mRNA表达增加并呈现剂量-效应关系,MGMT、Ogg1、BAX mRNA表达仅在中、高剂量染毒后增加(p<0.05),而微米组与对照组相比无明显改变(p>0.05)。(4)微米二氧化硅和低、中、高剂量的nm-SiO2染毒组Caspase-3蛋白表达水平均高于对照组(p<0.05),低、中、高剂量纳米SiO2染毒组BAX蛋白表达水平均高于对照组(p<0.05),中、高剂量的nm-SiO2染毒组Bcl-2蛋白表达水平均低于对照组(p<0.05)。(5)相比较于空白组,nm-SiO2暴露显著降低睾丸组织全基因组DNA甲基化水平,且呈现剂量-效应关系。(6)与对照组相比nm-SiO2均能引起大鼠睾丸组织中DNMT1表达增加(p<0.05),MeCP2的表达仅在高剂量nm-SiO2染毒组升高(p<0.05),而MeCP2[pS80]表达无明显改变。结论(1)nm-SiO2能够对SD雄性大鼠生殖系统造成损伤,其损伤程度要比同剂量不同粒径的微米颗粒要大。(2) nm-SiO2可能通过调节凋亡信号通路上的关键蛋白Caspase-3、BAX、Bcl-2的表达水平的变化,引起生殖损害。(3) nm-SiO2暴露可以导致SD雄性大鼠睾丸组织全基因组DNA甲基化水平显著性下降且诱导DNMT1蛋白表达水平显著上升,表明纳米级二氧化硅对SD雄性大鼠生殖系统具有显著的表观遗传毒性。