自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤在纳米氧化铝致斑马鱼幼鱼早期神经毒性中的作用

由于纳米氧化铝(alumina nanoparticles,AlNPs)独特的理化性质,被广泛应用于医药、电子和化妆品等多个领域,但关于AlNPs的早期神经毒性效应及其潜在机制尚未完全阐明。为探讨AlNPs的毒作用机制,以及自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3MA)对AlNPs致斑马鱼幼鱼早期神经毒性的影响,将6 hpf(hours post-fertilization)的斑马鱼胚胎分为对照组、3MA组、AlNPs组和AlNPs+3MA组。观察胚胎和幼鱼的形态学变化以及幼鱼的一般毒性,并检测神经行为改变、氧化应激水平以及幼鱼体内自噬相关基因beclin1、lc3Ⅱ和vps34的表达情况。结果表明,各组幼鱼在死亡率、孵化率和畸形率方面无显著性差异。形态学观察结果显示,AlNPs组受精卵在12 hpf和24 hpf出现发育迟缓,加入3MA后,在24 hpf后受精卵发育好转。运动行为检测发现,AlNPs组幼鱼黑暗状态下的平均速度、移动距离和趋触性程度显著降低(P<0.05)。在强光刺激下的惊恐逃避反射实验中,AlNPs组幼鱼在光照时的速度显著降低(P<0.05)。氧化应激水平检测结果显示,AlNPs组超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著降低(P<0.05),而AlNPs组乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)活性显著升高(P<0.05)。自噬相关基因beclin1、lc3Ⅱ和vps34在AlNPs组表达均显著升高,加入3MA后,基因表达降低,并具有统计学意义(P<0.05)。上述结果表明,AlNPs诱导过度自噬的发生造成斑马鱼幼鱼早期神经毒性,而3MA可以减轻AlNPs引起的氧化损伤并下调自噬相关基因的表达,明显改善AlNPs暴露所致的早期神经毒性。

TREM2基因的敲低加重纳米氧化铝导致的神经发育障碍

纳米氧化铝(alumina nanoparticles,AlNPs)作为一种新的纳米科技材料被广泛应用,其潜在的毒性也被广泛研究。Ⅱ型髓系细胞触发受体(triggering receptor expressed on myeloid cells 2,TREM2)高度特异表达于中枢神经系统内的小胶质细胞,对脑稳态的维持及神经系统疾病发展均发挥着重要作用。为了探究trem2基因在AlNPs致神经发育障碍中的作用,将6 hpf(hours post-fertilization)的斑马鱼胚胎分为对照组(control)、阴性对照组(negative con)、TREM2敲低组(TREM2-)、纳米氧化铝组(AlNPs)、TREM2敲低+纳米氧化铝组(TREM2-/+AlNPs)。在受精1 h内用显微注射技术敲低trem2基因,并染毒144 h。染毒结束后对各组进行形态学和生殖毒性观察;用运动轨迹跟踪仪记录斑马鱼的行为轨迹。检测trem2基因、神经发育基因α1-tubulin、mbp和syn2a的表达量;以及神经递质和氧化应激情况。结果发现,各组幼鱼在死亡率、孵化率和畸形率方面无显著差异(P>0.05)。运动行为检测发现,TREM2-组、AlNPs组、TREM2-/+AlNPs组幼鱼在黑暗状态下的平均速度、移动距离、外圈停留时间百分比显著降低而绝对转角增大(P<0.05),TREM2-/+AlNPs组有明显的惊恐逃避反射(P<0.01)。此外,TREM2-组、AlNPs组和TREM2-/+AlNPs组的神经发育相关基因α1-tubulin、mbp和syn2a,乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)活性以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著降低(P<0.05)。上述结果表明,AlNPs可以导致幼鱼神经发育障碍,敲低trem2基因会加重AlNPs导致的神经发育毒性,进一步说明trem2基因在神经发育中的重要作用。