納米二氧化鈦(TiO2)是一種不易燃燒的無味白色粉末，以各種形式存在，如銳鈦礦型、金紅石型以及板鈦礦型。該材料具有高度穩定、防腐蝕、高效光催化等特性，常被作為一種著色劑廣泛應用于化妝品、醫藥以及涂料工業。隨著納米技術的發展，越來越多的納米粒子被釋放到環境中。其顆粒具有較大的比表面積，小尺寸效應導致納米TiO2的生物毒性不同于常規粒子。近來，納米粒子對人類和環境的影響已經引起科學研究者的關注。肝臟是機體主要的糖、脂肪、蛋白質、維生素和激素等物質的代謝器官，具有豐富的血液供應和儲備以及獨特的形態結構，而且還具有分泌、排泄和生物轉化等重要功能。除此之外，肝臟在重金屬解毒過程中也起著非常重要的作用。納米TiO2對肝臟損傷的分子作用機制等問題尚未得到深入的研究。鑒于此，本文將分別以不同劑量連續腹腔注射兩周，以及連續灌胃30天、60天、90天兩種染毒方式研究納米TiO2對ICR小鼠肝臟的作用，探討引起肝臟炎癥的分子機制。通過本文的研究，可從分子水平上深入地了解納米材料的應用對人體健康可能帶來的毒副作用，進一步推動納米材料在生物醫藥領域的應用和發展。論文結果如下：1.對ICR小鼠進行連續兩周腹腔注射納米TiO2（5nm，0，10，50，100，150mg/kg BW）和體相TiO2（150mg/kg BW），實驗結果如下：1.1在各器官中鈦的累積量由高到低的順序是肝>腎>脾>肺>腦>心臟（P <0.05），說明納米TiO2主要積累于肝臟、腎臟和脾臟中。各器官中鈦的積累與器體比的改變、器官的損傷密切相關。小鼠血清生化指標異常：中高劑量納米TiO2(50,100,150mg/kg BW)處理后，肝堿性磷酸酶(ALP)，丙氨酸轉氨酶(ALT)，亮氨酸氨基肽酶(LAP)，假性膽堿酯酶(PChE)，總蛋白(TP)和白蛋白(ALB)六項指標顯著高于對照組(P <0.05或P <0.01)；隨著納米TiO2處理劑量的增加，小鼠腎臟功能相關血清生化指標肌酐(Cr)逐漸增加，血清Ca和血清P含量與對照比未達顯著差異(P>0.05)， UA和BUN隨處理劑量的增加逐漸下降；中高劑量處理組小鼠血清肌酸激酶(CK)，乳酸脫氫酶(LDH)，天冬氨酸轉氨酶(AST)和-羥丁酸脫氫酶(HBDH)活性明顯增加(P <0.05或P <0.01)；總膽固醇(TCHO)、三酰甘油(TG)，葡萄糖(GLU)，高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)濃度逐漸增加(P <0.05)，說明血糖及血脂代謝異常。1.2納米TiO2可造成小鼠肝臟病理性改變，通過病理切片可以觀察到炎癥細胞浸潤，肝細胞腫脹，空泡化，彌散性嗜酸性變，血管內有淤血。通過透射電鏡可進一步觀察到中高劑量處理組染色質固縮、分布不均勻，線粒體腫脹、空泡化，細胞內出現凋亡小體。1.3與同劑量微米級TiO2（10-15m）相比，納米TiO2（5nm）引發的肝臟炎癥更嚴重。出現的血清生化指標改變、病理和細胞亞結構變化、細胞因子表達的變化與對照組相比更明顯。1.4納米TiO2造成肝臟損傷的原因之一是體內氧化還原系統的失衡。中高劑量納米TiO2處理后，ROS（如O2，H2O2）積累明顯加快，膜脂過氧化明顯加重(P <0.01)；超氧化物歧化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT），抗壞血酸過氧化物酶（APx），谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）活性受到了顯著的抑制，還原型谷胱甘肽（GSH）和抗壞血酸水平、GSH/GSSG和AsAH/AsA比值隨處理劑量升高而降低（P <0.05或P <0.01）。由于抗氧化酶活性受到抑制，并減慢了抗氧化劑的氧化還原循環，肝臟對于ROS的清除能力下降，導致ROS大量積累，肝臟受到氧化脅迫而發生損傷。1.5納米TiO2不僅可以隨循環系統進入動物肝臟，還可以穿過核膜結合到肝DNA上。通過一系列的光譜檢測，發現Ti4+可以插入到DNA堿基對中，結合到核苷酸上造成DNA收縮而產生減色效應，二級結構發生明顯的改變。納米TiO2可以與核酸中的O原子或者P原子結合，同時可以和DNA堿基對中的N原子配對，化學鍵長分別為1.87和2.38。納米TiO2與DNA的結合可改變遺傳信息的傳遞，在高劑量組還觀察到了DNA的斷裂。這些都可以造成肝臟的損傷。2對ICR小鼠進行連續30天灌胃（0，62.5，125，250mg/kg BW納米TiO2），實驗結果如下：納米顆粒可以通過血液循環到達各大主要臟器，由于全身血液均需流經肝臟，導致肝臟所受影響最為明顯。隨著納米TiO2處理濃度的逐步增加，各實驗組小鼠血液中的下列指標：白細胞總數（WBC）、紅細胞總數（RBC）、血紅蛋白（HGB）、平均紅細胞血紅蛋白濃度（MCHC）、血小板壓積（PCT）和網織紅細胞（Ret）逐漸減少，而紅細胞平均體積（MCV）、平均紅細胞血紅蛋白含量（MCH）、血小板總數（PLT）、紅細胞比積（HCT）、血小板平均體積（MPV）逐漸增加。250mg/kgBW納米TiO2處理組以上各參數與對照組相比均存在顯著性差異（P <0.05或P <0.01）。血液指標的變化顯示，長時間接觸納米TiO2可能使小鼠因急性反應出現內出血、骨髓造血功能低下，最終導致貧血。PLT、MPV的增加說明納米TiO2對小鼠凝血功能有影響。RBC、HGB的減少使血液攜氧量下降，可能降低小鼠的新陳代謝以及免疫反應。自然殺傷細胞（NK）的百分比、T淋巴細胞各亞群（包括CD3、CD4、CD8）百分比、B淋巴細胞百分比下降，CD4+/CD8+比值下降；IL-2分泌減少，血清中IgM水平明顯下降，說明小鼠免疫功能受到了抑制。3對ICR小鼠進行連續60天灌胃（0，5，10，50mg/kg BW納米TiO2），實驗結果如下：納米TiO2可以活化肝臟kupffer細胞，上調細胞因子如TNF-α從而激活NF-κB信號通路。多個促炎性細胞因子表達上調，如：巨噬細胞移動抑制因子(MIF)，腫瘤壞死因子-α (TNF-α)，白細胞介素-6(IL-6)，白細胞介素-1β(IL-1β)，C反應蛋白(CRP)，白細胞介素-4(IL-4)，白細胞介素-10(IL-10)的基因和蛋白表達量。促炎-抑炎平衡被打破，引發炎癥級聯效應。正是通過這樣的信號通路（如改變TLRs以及炎性細胞因子的表達）降低了免疫能力，造成肝臟損傷。4對ICR小鼠進行連續90天灌胃（0，10mg/kg BW納米TiO2）后，以全基因表達譜為背景，對小鼠肝RNA進行了微陣列分析測試，結果顯示：1035個基因發生顯著變化，其中745個基因涉及代謝過程、細胞通訊、免疫反應、細胞周期、凋亡和轉運等等關鍵生理過程。代謝過程中差異化表達基因最為集中，為394個，所占百分比為52.2%，其中254個基因上調，140個基因下調。脂質代謝過程差異表達基因為96個，涉及“生物氧化”，“膽固醇生物合成”，“內源性固醇”，“脂類及脂蛋白代謝”等通路。免疫系統差異表達基因共98個，59個基因上調，39個基因下調。 Cfd是“固有免疫信號”通路差異表達的基因之一，它的顯著下調可使補體激活下降，固有免疫應答下調。與細胞凋亡有關的基因也出現差異表達，28個上調，9個下調。上調的Axud1可以上調Axin的表達，從而激活凋亡相關的信號通路，開啟細胞凋亡的過程。綜上，肝臟是納米TiO2進入小鼠機體后積累和損傷的主要器官，作用機制包括氧化脅迫，炎癥瀑布級聯效應，DNA損傷，免疫功能異常和多基因共同作用等。