神经胶质细胞介导的纳米氧化铝引起大鼠中枢神经系统损伤机制的研究

相关研究表明纳米氧化铝能引起血脑屏障内皮细胞损伤，并有可能进入脑实质组织。本课题组前期实验显示纳米氧化铝能够在体内引起大鼠脑组织胶质细胞活化。小胶质细胞及星形胶质细胞是介导中枢神经系统炎症反应和氧化应激反应的重要细胞，当其过度活化时，进而引发神经性疼痛等神经毒性作用，因此探讨可能由胶质细胞介导的纳米神经毒性机制有重要意义。本研究拟对大鼠进行纳米氧化铝鼻腔滴注染毒，首先通过质谱分析测定铝元素在不同脑区的分布和迁移规律，采用免疫组化、HPLC、功能性核磁共振等技术，观察胶质细胞活化、有关细胞因子和神经递质的分泌以及由此引起的不同脑区血氧水平改变；再通过水迷宫、足底痛觉测定等有关行为学实验观察胶质细胞激活后是否对大鼠的行为产生影响。同时分离小胶质细胞及星形胶质细胞进行原代培养并进行染毒，测定有关递质和细胞因子。以深入研究纳米氧化铝进入中枢神经组织后由胶质细胞介导的炎症反应可能导致的神经毒性作用。

本项目的执行时间为2010.01-2012.12，项目经费20万元，在项目执行期间，严格按照经费预算内容进行支出，本着实事求是、严谨认真的态度开展各项试验及数据统计工作。在规定的时间内基本完成了项目书的全部计划内容。在项目执行期间，参加与纳米材料及纳米毒性相关的国际会议四次，提交会议摘要2篇，全文4篇。邀请国外专家来华访问讲座一次。培养博士研究生1名（在读）。共发表SCI收录论文1篇，EI收录论文3篇，ISTP 收录1篇，CSCD收录论文1篇。现将主要研究结果总结如下： .有研究表明纳米颗粒经呼吸道进入人体，可通过嗅神经末梢途径进入中枢神经系统，并引起神经毒性作用。本研究采用大鼠鼻腔滴注染毒纳米氧化铝颗粒，采用免疫组织化学染色、行为学研究、细胞因子测定、体外细胞培养等技术手段，观察纳米颗粒经呼吸道途径进入机体内所引起的生物效应，特别是其对中枢神经系统的影响。.研究结果明确了纳米氧化铝进入中枢神经系统后能够引起小胶质细胞及星形胶质细胞活性的改变。活化的小胶质细胞主要位于嗅球区，而皮层、海马区的小胶质细胞状态及数量未见明显改变。吞噬作用是小胶质细胞的主要功能，经呼吸道途径进入中枢神经系统的纳米颗粒首先到达嗅球部位，因此推断位于嗅球区的小胶质细胞通过吞噬作用清除了部分进入脑部的纳米氧化铝颗粒，减少了进入其他脑区的纳米颗粒的数量，表明小胶质细胞在神经系统的防御和免疫过程中发挥着重要的作用。.本研究采用氯化铝作为阳性对照，结果发现氯化铝阳性对照组大鼠表现出较纳米氧化铝更强的毒性作用，主要表现为旷场试验中大鼠探索行为的减少、水迷宫实验逃避潜伏期延长，嗅球、皮层区活性小胶质细胞数量增加，皮层、海马区IL-1β含量升高、以及脑组织大量神经元细胞中β-APP的表达。相比之下，纳米氧化铝的神经毒性作用较低，可能与其水溶性低，呈颗粒状，易被胶质细胞摄取有关。.采用fMRI技术对大鼠脑组织进行扫描，未发现明显的器质性改变以及局部血氧流量的改变。.纳米氧化铝材料具有广阔的应用前景，本研究发现纳米氧化铝的毒性作用较氯化铝等可溶性铝的神经毒性作用低，未观察到神经行为的改变以及阿尔茨海默病的标志性蛋白β-APP的表达。但是能够引起胶质细胞的活化，仍然具有潜在的神经生物学效应。在纳米氧化铝材料的生产和使用过程中，需要采取适当且有效的防护措施，有利其更加广泛、健康地应用。