納米ZnO對小鼠肺的毒性效應(yīng)

王群林 李巖 許聰 卞偉華 張小華

摘要 [目的]采用長期納米氧化鋅腹腔內(nèi)注射，初步測定納米氧化鋅顆粒對小鼠一般狀態(tài)、肺及炎癥介質(zhì)的慢性影響。[方法] 取25 g左右健康小鼠22只，雌雄各半，隨機(jī)分為空白對照組和試驗(yàn)組，每組11只。試驗(yàn)組小鼠給予腹腔注射83 mg/ml納米氧化鋅懸濁液各0.15 ml，連續(xù)注射7 d，對照注射等量生理鹽水，注射藥物結(jié)束3 d后觀察小鼠一般狀態(tài)并取材，肺葉稱重測定濕干比（W/D），采用HE染色在光學(xué)顯微鏡下觀察肺組織形態(tài)。采用ELISA法檢測支氣管肺泡灌洗液及血清中細(xì)胞間粘附分子1（ICAM1）和腫瘤壞死因子α（TNFα）含量。 [結(jié)果] 與對照組小鼠相比，試驗(yàn)組小鼠死亡率增加，平均體重明顯減輕，肺的濕干比增高；血清及灌洗液中炎癥因子TNFα及ICAM1 含量顯著升高，存在顯著性差異（P<0.05）；顯微鏡下可見肺組織有損傷。 [結(jié)論] 長期納米氧化鋅腹腔注射可對小鼠肺產(chǎn)生慢性不良影響。

關(guān)鍵詞 納米氧化鋅；ICAM1；TNFα

中圖分類號 S181；R994.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）31-10976-03

Chronic Effects of Nano Zinc Oxide in Mice

WANG Qunlin1， LI Yan2， XU Cong3， ZHANG Xiaohua3* et al （1. Department of Clinical Medicine， Binzhou Medical college， Yantai 264003；2.Respiratory Department，Affiliated Hospital of Binzhou Medical College，Binzhou，Shandong 256603；3.College of Pharmacy，Binzhou Medical College，Yantai，Shandong 264003）

Abstract [Objective] By longterm intraperitoneal injection of nanozinc oxide， preliminary determine chronic effects of nanozinc oxide particles on the general state of the mice， changes of liver and lung， and inflammatory mediators. [Method] Taking 22 healthy mice weighed about 25 g which were randomly divided into two groups， control group and the experimental group， 11 mice per group. The mice in experimental group were intraperitoneally injected nanozinc oxide suspension（0.83 mg / ml， 0.15ml） for 7 days， and the mice in control group were disposed of saline injection. 3 days after the end of injection， the general state of the mice was observed and specimens were drawn， lung weighing measured W/D. ELISA was used to test the content of intercellular adhesion molecule 1 （ICAM1） and tumor necrosis factorα （TNFα） in the bronchoalveolar lavage fluid and serum. Liver and lung tissue was obtained by means of anatomy and then stained with HE， morphology was observed under the microscope. [Result] Compared with the mice in control group， mice in the experimental group had increased mortality， significantly reduced average， weight W/D significantly increased； inflammatory cytokine TNFα and ICAM1 content in serum and lavage fluid were significantly increased， and the results are statistically significant （P<0.05）； liver and lung tissue damage could be visible in varying degrees under the optical microscope. [Conclusion] Longterm intraperitoneal injection of nanozinc oxide can produce chronic adverse effects on mice.

Key words Nano Zinc Oxide； ICAM1； TNFα

納米氧化鋅為一種新型無機(jī)多功能材料，是粒徑介于1～100 nm的金屬氧化物微粒^[1]。由于納米氧化鋅具有特殊優(yōu)異的性能^[2]，使其在許多研究領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景。目前，納米氧化鋅已被廣泛應(yīng)用于紡織^[3]、化妝品^[4]和醫(yī)藥等領(lǐng)域，不可避免地進(jìn)入自然環(huán)境和生命體中^[5-6]，但其安全性一直廣受爭議。研究表明，納米材料對人類身體健康和周圍生態(tài)系統(tǒng)可能造成潛在危害，隨著納米毒理學(xué)的興起和發(fā)展，納米氧化鋅的生物安全性被相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注^[7]。筆者利用小鼠腹腔注射納米氧化鋅，通過觀察小鼠一般狀況（存活率、體重）和肺濕干質(zhì)量比，觀察小鼠肺組織形態(tài)學(xué)改變，檢測支氣管肺泡灌洗液及血清中ICAM1和TNFα含量變化，以探索納米氧化鋅對小鼠肺毒性的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 清潔級健康昆明小鼠，6～8周齡，體重（25±2）g，雌雄各半，購自煙臺綠葉制藥有限公司。

1.2 試驗(yàn)試劑 納米氧化鋅，購自Sigma公司（貨號96479），臨用前配制濃度83 mg/ml懸濁液；生理鹽水，購自濱州醫(yī)學(xué)院；細(xì)胞間粘附分子1（ICAM1）及腫瘤壞死因子α（TNFα）的ELISA試劑盒，購自上海太陽生物技術(shù)有限公司；其他試劑，均為分析純，購自商業(yè)試劑公司。

1.3 動(dòng)物分組及處理 取25 g左右健康昆明小鼠22只，將其隨機(jī)分為空白對照組和試驗(yàn)組，并用電子秤稱取各小鼠試驗(yàn)前體重。飼養(yǎng)3 d后，給予試驗(yàn)組小鼠腹腔注射0.15 ml已配制納米ZnO懸濁液?？瞻讓φ战M注射0.15 ml生理鹽水。連續(xù)注射7 d。

1.4 小鼠一般情況觀察 觀察包括生存狀態(tài)、生存率和體重改變，注射7 d后繼續(xù)飼養(yǎng)3 d，然后抓取小鼠稱重并麻醉、解剖和取材。

1.5 肺組織病理切片HE染色 各組小鼠腹腔注射生理鹽水或納米ZnO懸濁液后3 d，眼球取血并處死小鼠，開胸取右肺上葉，修剪為小塊，迅速固定于4%甲醛溶液中，72 h后進(jìn)行石蠟切片及常規(guī)HE染色，光學(xué)顯微鏡下觀察肺組織病理改變。

1.6 肺組織濕/干質(zhì)量（W/D）比值 每組小鼠處死后，取全肺，稱濕重，然后將小鼠肺置于60 ℃恒溫箱中干燥，72 h后取出稱干重，計(jì)算肺W/D比值。

1.7 血液及灌洗液炎癥因子檢測 采用ELISA法檢測支氣管肺泡灌洗液及血清中細(xì)胞間粘附分子1（ICAM1）和腫瘤壞死因子α（TNFα）含量。小鼠眼球取血，靜置30 min后，3 000 r/min 離心10 min，上清凍存待檢。解剖頸部和胸部，氣管和右側(cè)肺葉結(jié)扎，左側(cè)肺部灌洗，用穿刺針插入氣管上端，0.5 ml生理鹽水（NS）反復(fù)沖洗3遍，3 000 r/min 離心10 min，取上清凍存待檢。按照ELISA試劑盒說明書（上海太陽生物技術(shù)有限公司）操作，每個(gè)樣本重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 小鼠一般生存狀況觀察和存活率比較 觀察試驗(yàn)過程中對照組小鼠精神狀態(tài)良好，活動(dòng)自如，攝食、飲水無明顯異常，毛發(fā)光亮，反應(yīng)靈敏；注射納米氧化鋅試驗(yàn)組小鼠出現(xiàn)精神不佳，蜷縮成團(tuán)，攝食、飲水減少，反應(yīng)遲鈍，活動(dòng)減少。與正常對照組相比，試驗(yàn)組小鼠存活率降低（表1）。

3 結(jié)論與討論

納米氧化鋅可以通過口服、吸入、注射或者皮膚滲透等途徑進(jìn)入人體，對人體的各個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。據(jù)報(bào)道，納米氧化鋅顆?？蓪θ梭w正常細(xì)胞有毒性作用，如可損傷單核細(xì)胞系、肺腺癌細(xì)胞系、肺成纖維細(xì)胞、肝細(xì)胞等^[8-10]。吳誠等^[11]采用孫氏改良寇氏法誘發(fā)小鼠急性毒試驗(yàn)，配制6個(gè)梯度的納米氧化鋅藥液以灌胃方式一次性供給試鼠。結(jié)果表明，高劑量納米氧化鋅可對小鼠的腎臟、小腸、肺臟和肝臟等組織器官造成廣泛性損傷，并引起嚴(yán)重的瘀血、出血、細(xì)胞變性壞死、大量細(xì)胞核固縮碎裂等病理變化。Liu等^[12]報(bào)道3種納米材料（氧化鋅、銀、二氧化鈦）氣管灌注大鼠后均可引起肺部氧化應(yīng)激損傷。筆者利用納米氧化鋅腹腔內(nèi)注射小鼠，初步探討納米氧化鋅顆粒對小鼠肺組織及炎癥介質(zhì)的影響。結(jié)果表明，對照組相比，注射納米氧化鋅小鼠生存狀態(tài)變差、存活率降低、體重減輕，肺的濕干比增高，肺組織出現(xiàn)一定程度損傷，血清、肺泡灌洗液中TNFα 及ICAM1含量明顯升高。綜上所述，納米氧化鋅對小鼠產(chǎn)生一定毒性作用，導(dǎo)致小鼠生存狀態(tài)、肺組織形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，同時(shí)納米氧化鋅可刺激小鼠機(jī)體產(chǎn)生炎性反應(yīng)，促使炎癥因子TNFα 及ICAM1 含量明顯升高。納米氧化鋅通過如何機(jī)制導(dǎo)致肺損傷是今后進(jìn)一步研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]

DU Y，ZANG M S，HONG J，et al.Structural and optical properties of nanophase zinc oxide[J].Applied Physics A，2003，76：171-176.

[2] 趙玉嶺.納米材料性質(zhì)及應(yīng)用[J].煤炭科技，2009，28（8）：149-151.

[3] 周少余，徐水凌，朱逢佳，等.納米氧化鋅海絲纖維的抗菌和細(xì)胞毒性作用[J].上海紡織科技，2009，37（12）：5-7.

[4] 呂瑛，謝嘉穎.防曬劑中納米氧化鋅的安全性研究進(jìn)展[J].中國化妝品（行業(yè)版），2011（5）：62-65.

[5] 王發(fā)園.人工納米顆粒的植物毒性及其在植物中的吸收和累積[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2012，7（2）：140-147.

[6] 朱小山，朱琳，田勝艷，等.三種金屬氧化物納米顆粒的水生態(tài)毒性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（8）：3507-3516.

[7] 宋文華，張金洋，高敏苓，等.納米氧化鋅對小鼠的急性毒性效應(yīng)研究[C]//2008年全國納米生物和醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.中國納米技術(shù)學(xué)會(huì)，江蘇省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)，中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)，2008：196-198.

[8] 劉佳蕙，楊勝韜，王海芳，等.納米氧化鋅對人單核細(xì)胞系U937的毒性及其機(jī)制研究[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2010，44（9）：790-794.

[9] 王琳，王莉娟，張芳，等.納米氧化鋅對人肺腺癌細(xì)胞A549的毒性[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2009，26（1）：83-90.

[10] 劉鵬鵬，關(guān)榮發(fā)，程歌，等.納米氧化鋅對人正常肝細(xì)胞HL-7702的毒性作用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（36）：18023-18026.

[11] 吳誠，文利新，袁慧，等.納米氧化鋅對小鼠的毒性試驗(yàn)[J].糧食與飼料工業(yè)，2008（5）：38-39.

[12] LIU H，YANG D，YANG H，et al.Comparative study of respiratory tract immune toxicity induced by three sterilisation nanoparticles：silver，zinc oxide and titanium dioxide[J].J Hazard Mater，2013，248/249：478-486.