3  纳米TiO2的神经毒性

3。1  纳米TiO2的体内神经毒性研究

纳米TiO2有可以经过伤害血脑屏障细胞和严密连接，导致血脑屏障功能障碍，并最终进入中枢神经系统，引起中枢神经系统的功能性改动。脂质广泛存在于神经细胞生物膜中，尤其是磷脂和糖脂。脑磷脂和神经鞘糖脂是重要的脂质复合物，为神经细胞提供庇护，促进大脑健康的神经传递和代谢，促进记忆、认知和全体行为。它们容易遭到活性氧自由基（ROS）的攻击，从而导致脑神经元的氧化伤害和功能障碍。

实验研究表明，当纳米材料进入到神经组织，小胶质细胞首先被激活施展免疫活性，吞噬革除纳米颗粒，同时分泌产生毒性因子（如O2-、H2O2），导致神经元功能伤害。王江雪等[33]用粒径分别为25nm、80nm、155nm的纳米TiO2颗粒（50mg/kgBW）进行鼻腔滴注后，通过病理学观察和透射电镜观察海马和嗅球发现，嗅球和海马组织中的神经元排列紊乱；亚显微察发现80和155nm的TiO2能够引发小鼠海马神经元呈现空泡等病理学变化，构成海马CA1区的尼氏小体数目减小，脑中出现氧化应激，氧化物水平升高，脂质过氧化，蛋白氧化，同时Glu和NO释放量增高。暴露的小鼠脑部也出现了炎症反应，肿瘤坏死因子（TNF-α）和白细胞介素-1（IL-1β）含量升高。证明了纳米TiO2能够经过血脑屏障，经嗅觉神经轴突转运到中枢神经系统中，使海马神经元发生凋亡。

Shin等[34]用纳米TiO2（21nm）处理小鼠发现显著的神经毒性，表现为炎性细胞因子白细胞介素-1（IL-1）和肿瘤坏死因子（TNF）mRNA的表达明显提高，IL-1蛋白水平提高和ROS程度增大，表明纳米TiO2对BV2小胶质细胞的刺激加强，促成肿瘤坏死因子（TNF-）的产生，增强核转录因子（NF-B）的结合活性，激活了炎症级联反应。

Ma等[35]经过腹腔注射纳米TiO2发现纳米TiO2可在脑部积聚，引起自由基大量积累，加剧膜脂脂质过氧化，使NO合酶活性增加，NO大量释放和谷氨酸（Glu）释放急剧缩小并引起脑组织产生神经细胞灶性丝解变性、炎症细胞浸润等病变。

Ze等[36]用2。5、5、10mg/kgBW的纳米TiO2（5nm）鼻腔滴注处理小鼠90天，发现脑部呈现严重的胶质细胞增生和出血，产生大量的ROS（O2-、H2O2）、丙二醛（MDA）、羰基（Carbonyl）和8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）。进一步研究表明，纳米TiO2激活了脑中氧化应激相干因子P38蛋白（p38）、C-Jun氨基酸激酶（c-Jun）、核转录因子（NF-KB）、核红细胞相关因子-2（Nrf-2）和血红素氧化酶-1（HO-1）的表达，调控p38蛋白激酶和Nrf-2信号转导通路，由此形成脂质、蛋白质和核酸过氧化。Ze等发现纳米TiO2染毒也可明显抑制海马组织NR2A、NR2B、CaMKIV、CREB-1、CREB-2和 FosB/DFosB等基因和蛋白表达，导致长时程增强(LTP)减弱和学习记忆明显下降[37]；纳米TiO2引起的海马炎症与NGF、BDNF、TrkA、TrkB、CaMKII、CaMKIV、CREB1、CREB2、D1、D2 和TH的表达下调有密切关系[38]论文网

Hu等人[25,26]证明纳米TiO2可引起小鼠学习记忆功能的损伤。研究发现纳米TiO2可通过血脑屏障并在脑中积聚，小鼠空间认知记忆性能显著下降；脑组织中Ca2+和Na+浓度明显增加，而K、Mg、Fe和Zn元素含量显著下降，脑细胞内电解质的均衡毁坏，同时能量代谢酶（Na+/K+-ATPase、Ca2+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase）的活性下降，提高了神经递质代谢酶（AChE、TNOS）的活性；ACh、Glu和NO程度上升，而单胺类神经递质如NE、DA、5-HT及其代谢产物DOPAC和5-HIAA水平明显下降。纳米TiO2经过损伤脑细胞内电解质的平衡，干涉能量代谢，影响神经递质的合成和释放，最终引起小鼠的学习记忆能力下降。进一步研究证实小鼠认知记忆功能下降与海马区神经细胞相关，纳米TiO2暴露引起小鼠海马神经元细胞凋亡，海马组织中活性氧自由基（ROS）水平升高，而抗氧化酶系统（SOD、CAT、APx、GSHPx）活性降低和非酶抗氧化剂（AsA、GSH）含量降低，纳米TiO2抑制了Bcl-2的表达，促进了凋亡相关因子如Bax、Caspase-3、Caspase-9和CytC的表达，这些结果表明纳米TiO2诱导海马细胞的凋亡是由氧化应激引起，是通过线粒体途径介导的途径。同时脑组织基因表达谱进一步研究发现424个基因的表达发生明显性变动，其中与学习记忆有关的基因（Col1a1、Nipbl、Sgk1、Ctnnb1、Drd2）和与氧化应激反应相关的基因（Cyp2e1、Dhcr7、Krit1）的表达均发生了变化[39]。这些结果愈加表明了纳米TiO2可以进入CNS，诱发氧化应激并引起小鼠学习记忆功能的下降。最近研究表明，纳米TiO2引起的小鼠和斑马鱼学习记忆功能的损伤被证实与NMDA受体亚基NR1，NR2A和NR2B蛋白表达的下降有关[40, 41]。人们通过孕期或哺乳期包括纳米TiO2在内的纳米材料的染毒研究表明可引起子代动物积累并导致神经毒性如学习记忆下降[42-50]，特别是纳米TiO2抑制了在发育阶段的子代小鼠海马神经元增殖、突触发生和学习记忆能力[50]。。