基于MAPK信号通路的纳米二氧化钛雄性生殖毒性分子机制研究

Titanium dioxide（TiO2）nanoparticles are widely used in our life. The potential risk of TiO2 nanoparticles on reproduction toxicity can not be ignored because of some special applications and directly exposure form on human. Fewer previous studies demonstrated that TiO2 nanoparticles can induce male reproduction. However, less is really known about the main toxicity of TiO2 nanoparticles on reproduction system of male and its exact mechanism. There are no reports about reproduction toxicity induced by TiO2 nanoparticles through signaling pathway. The experiment will be carried out on ICR mouse in vivo, and histopathology technology,electron ultrastucture,western blot,immunohisto chemistry, enzyme-linked immunosorbent assay(elisa) and enzymology anlysis will be utilized to study the impact of TiO2 nanoparticles on male reproduction. The activation of Mitogen-activated protein kinases (MAPK) signal molecular,blood testis barrier damage and oxidant damage of testicular will be examed to investigate the effect. Target cell in vitro will be also estabished ,with the methods of western blot,immunofluorescence technic,elisa,enzymology anlysis,flow cytometry technology, in order to find the relationship between the activation of MAPK signal pathway and testicular damage indexes. These indexes include blood testis barrier damage, oxidant damage,cell apotisis and so on. The effect and characteristic of MAPK signal pathway activation on the male reproduction toxicity induced by TiO2 nanoparticles will be exposited, and the molecular mechanism will be discussed in this project. The project can offer new precaution thinking about the male reproduction toxicity induced by TiO2 nanoparticles.

纳米二氧化钛（TiO2）应用广泛，很多应用直接与人体接触，其在应用过程中存在的潜在生殖风险及相关的机制问题不容忽视。目前研究表明纳米TiO2具有雄性生殖毒性，但是从信号转导通路的角度研究其生殖毒性及其机制问题未见研究报到。本项目拟建立雄性ICR小鼠体内染毒模型，利用组织病理、超微结构分析、免疫印迹、酶联免疫吸附、免疫组化以及酶学分析技术，从纳米TiO2对睾丸MAPK信号通路的激活、血睾屏障的破坏以及氧化损伤的角度研究纳米TiO2对雄性生殖的影响。建立体外靶细胞染毒模型，利用免疫印迹、酶联免疫吸附、免疫荧光、酶学分析以及流式细胞技术研究MAPK信号通路的激活与靶细胞血睾屏障相关蛋白的表达、定量、定位以及靶细胞氧化损伤和凋亡的关系。揭示MAPK信号转导通路的激活在纳米TiO2诱导雄性生殖毒性中的作用及特点，阐释其影响生殖毒性的分子机制，为纳米TiO2诱导雄性生殖毒性的预防提供新的思路。

纳米二氧化钛（TiO2）应用广泛，特别是可以作为食品添加剂，使其直接与人体接触，而世界癌症组织又把它归为2B类致癌物质，因此其在应用过程中存在的潜在生殖风险及相关的机制问题不容忽视。在本项目的资助下，我们利用ICR雄性小鼠建立了纳米TiO2染毒的动物模型，研究了纳米TiO2对雄性ICR小鼠精液品质、精子畸形率、生殖细胞微核率的影响。同时观察了睾丸组织病理学变化，测定了激素水平、睾丸氧化损伤、血睾屏障的破坏以及MAPK信号关键蛋白的情况。研究结果：纳米TiO2可以引起小鼠精液品质下降，睾酮（T）水平降低，雌二醇（E2）水平升高，睾丸组织发生氧化损伤，睾丸生精细胞排列紊乱，管腔开始出现空泡化，激活了三条主要的MAPK信号通路（p38、JNK 和ERK信号通路），并引起血睾屏障紧密连接的破坏。纳米二氧化钛诱导的雄性生殖损伤存在着剂量-反应关系，很多指标在纳米TiO2染毒剂量达到50mg/kg BW开始差异显著。我们进一步利用颗粒物作用的靶细胞-睾丸支持细胞（TM4）研究了纳米TiO2对细胞活性，活性氧（ROS）累积，氧化损伤细胞凋亡以及p38、JNK信号通路的影响。研究结果同样表明，纳米TiO2可以引起TM4细胞活性降低，造成细胞ROS累积，诱导细胞凋亡，同时激活了两条主要MAPK信号通路。本项目的研究结果拓宽纳米TiO2生殖毒性机制研究的视野，为寻找关键分子作用的靶点提供了研究基础，也为该纳米材料的科学与应用和其诱导的雄性生殖毒性的预防提供必要的参考。