纳米二氧化钛致肠粘膜屏障功能损伤的机制研究

With the development of nanofood in market, the health risks of food-related nanoparticles on consumers are attracting considerable. Besides the direct toxic effects, ingested nanoparticles can lead to adverse health effects through inducing intestinal mucosal barrier dysfuction and increasing the entry of harmful substances within the intestine lumen. Hence, defining the effect of nanoparticles on intestinal mucosal barrier dysfuction can improve the process of risk assessment for nanoparticles in food. In this work, TiO2 nanoparticles are chosen to be evaluated as their extensive application in food additive. The oral-exposed animal model and in vitro model of intestinal epothelial cell barrier are used to investigate the effect of TiO2 nanoparticles on intestinal mucosal barrier dysfunction, including the disruption of intestinal epothelial cell barrier and intestinal mucosal immune function, and to investigate the synergistic effect of TiO2 nanoparticles and intestinal endotoxin. The mechanisms of TiO2 nanoparticles on intestinal mucosal barrier dysfunction are explained by the direct effects of nanoparticles, the release of inflammatory cytokines and the enhanced sensitivity of intestine on intestinal endotoxin after studying the interaction between intestinal epothelial cells and immune cells. This work can provide a solid scientific basis to promote the safe and responsible use of nanoparticles in food, and to promote the establishment of nanofood safety evaluation system.

随着纳米食品不断地涌入市场，食品中纳米材料的安全性备受关注。经胃肠道吸收的纳米材料，可直接发挥毒作用，亦可通过影响肠粘膜屏障功能，使肠腔内毒性物质进入机体，导致健康危害。故研究纳米材料对肠粘膜屏障功能的影响，对于探讨纳米材料的生物安全性具有重要的科学价值。本项目选取在食品添加剂领域应用广泛的纳米二氧化钛作为研究对象，通过建立经口染毒动物模型、体外肠上皮细胞屏障模型，观察纳米二氧化钛对肠上皮细胞屏障和肠粘膜免疫功能的损伤作用，揭示纳米二氧化钛对肠粘膜屏障功能的影响，并探讨纳米二氧化钛与肠内毒素的协同作用。通过研究肠上皮细胞和免疫细胞的相互作用，从纳米二氧化钛发挥直接接触作用、诱导肠道炎症反应、增强肠道组织对肠内毒素的反应敏感性三个方面，解释纳米二氧化钛致肠粘膜屏障功能损伤的原因与机制。本项目的顺利开展，将为有效控制食品中纳米二氧化钛的安全应用和建立纳米食品安全评价体系提供科学依据。

随着纳米食品不断地涌入市场，食品中纳米材料的安全性备受关注。作为食品添加剂广泛应用的纳米二氧化钛，在经胃肠道吸入进入机体的过程中，可直接发挥毒作用，亦可通过影响肠粘膜屏障功能，使肠腔内毒性物质进入机体，导致健康危害。故研究纳米二氧化钛对肠粘膜屏障功能的影响及其作用机制，对探讨纳米二氧化钛的食用安全性具有重要意义。本项目①通过建立经口染毒动物模型，采用自然进食含纳米二氧化钛饲料的方式进行染毒，观察纳米二氧化钛对肠上皮细胞屏障和肠粘膜免疫功能的损伤作用，揭示纳米二氧化钛对肠粘膜屏障功能的影响，并从纳米二氧化钛发挥直接接触作用、诱导肠道炎症反应、增强肠道组织对肠内毒素的反应敏感性三个方面，解释纳米二氧化钛致肠粘膜屏障功能损伤的原因与机制。通过比较纳米二氧化钛、脂多糖单独作用与联合作用所产生的不同生物学效应，揭示纳米二氧化钛与肠内毒素脂多糖的相互作用。结果显示，ICR雄性小鼠食用含10 g /kg纳米或微米二氧化钛的饲料1、3、6月，小鼠一般状况良好，体重和脏体比值无明显改变。纳米/微米二氧化钛染毒可降低肠通透性，但并未影响肠道对内毒素（LPS）的吸收水平。血清中炎症因子IL-1β、IL-6、IL-10、IL-13、TNF-α、IFN-γ表达水平发生改变，但回肠组织内仅观察到IL-1β、IL-6、IFN-γ发生变化。各脏器组织病理、二氧化钛的生物转运，肠粘膜形态学检查和肠上皮细胞紧密连接蛋白的表达，尚在进一步观测中。②通过建立动物在体肠袢模型和体外翻转肠囊模型，评价纳米二氧化钛对肠道营养素（葡萄糖、微量元素、氨基酸等）吸收功能的影响。发现纳米二氧化钛可降低小肠组织对营养素的吸收水平，其中氨基酸最受影响。本项目模拟了消费者摄食纳米二氧化钛的实际暴露情况，揭示纳米二氧化钛的慢性口服毒性，并较全面地揭示了纳米二氧化钛对小肠功能的影响，并探讨了纳米二氧化钛与肠内毒素的相互作用，为有效控制食品中纳米二氧化钛的安全应用和建立纳米食品安全评价体系提供科学依据。