劉嘉褀,候曉敏,彭子荷,劉和亮,郝小惠,*

(1.華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)專業(yè),河北唐山 063000;2.華北理工大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,河北唐山 063000;3.華北理工大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中心,河北唐山 063000;4.國(guó)家科技部老年醫(yī)學(xué)國(guó)際科技合作基地,河北唐山 063000)

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食品級(jí)納米二氧化硅對(duì)小鼠器官功能影響的研究

劉嘉褀1,候曉敏2,彭子荷1,劉和亮3,4,郝小惠3,4,*

(1.華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)專業(yè),河北唐山 063000;2.華北理工大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,河北唐山 063000;3.華北理工大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中心,河北唐山 063000;4.國(guó)家科技部老年醫(yī)學(xué)國(guó)際科技合作基地,河北唐山 063000)

目的:通過測(cè)定小鼠連續(xù)性口服食品級(jí)納米二氧化硅(Nano silicon dioxide,Nano-SiO2)12周后血清及肝、腎、睪丸組織中硅元素的含量,并對(duì)小鼠肝腎等器官進(jìn)行觀察,初步評(píng)價(jià)納米二氧化硅對(duì)機(jī)體的安全性。方法:將雄性昆明小鼠隨機(jī)分為對(duì)照組(0.05%BSA)、納米SiO2低劑量組(100 mg/kg/day)、中劑量組(500 mg/kg/day)、高劑量組(1000 mg/kg/day)和微米SiO2組(1000 mg/kg/day),各組按上述劑量分別連續(xù)灌胃二氧化硅84 d后全部處死,利用HE染色觀察各組動(dòng)物的肝臟、腎臟、睪丸等組織病理學(xué)變化;ICP-OES檢測(cè)血清及肝、腎、睪丸組織中硅元素的含量;檢測(cè)各組動(dòng)物血清中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)和尿素氮(BUN)的含量。結(jié)果:病理學(xué)觀察在納米低、中、高劑量組均發(fā)現(xiàn)肝臟、腎臟和睪丸組織有形態(tài)上的異常改變,以高劑量組更嚴(yán)重;納米組血清中ALT、AST和BUN的含量均顯著增高(p<0.01或p<0.05);同時(shí)在血清及肝、腎、睪丸組織中納米組的硅離子含量增高并呈現(xiàn)劑量依賴性;上述指標(biāo)中同等劑量納米組和微米組相比,納米組含量高且病理變化更明顯。結(jié)論:較長(zhǎng)時(shí)間口服攝入食品級(jí)納米二氧化硅可能在機(jī)體的肝臟、腎臟、睪丸等臟器內(nèi)蓄積,造成一定程度的肝臟、腎臟等的病理學(xué)損害并影響其功能。長(zhǎng)期多量食入納米二氧化硅可能會(huì)對(duì)機(jī)體造成不良影響。

食品添加劑,納米二氧化硅,ICP-OES,谷草轉(zhuǎn)氨酶,谷丙轉(zhuǎn)氨酶

二氧化硅(SiO2)在我國(guó)乃至世界范圍是一種廣泛應(yīng)用的食品添加劑,在食品中主要使用的是無定型二氧化硅,以E551的名字出現(xiàn)在各類食品的配料表上,是防止顆粒聚集結(jié)塊、保持食品松散、自由流動(dòng)的抗結(jié)劑[1-2]。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展,SiO2已經(jīng)達(dá)到了納米尺寸,在食品、藥品、化妝品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[3-4]。目前我國(guó)公民日常從食物中攝取的二氧化硅量未見相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。但國(guó)外有文獻(xiàn)報(bào)道人們每天從食物中攝取的二氧化硅約有9.4 mg/kg/day,其中估計(jì)有1.8 mg/kg/day是納米范圍的[5]。由于納米顆粒的比表面積增大、表面反應(yīng)基團(tuán)數(shù)目增多,其生物活性也大大增加,因此,納米材料的毒性和生物安全性成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一[6]。然而目前針對(duì)食品中納米SiO2的研究較少。因此對(duì)食品級(jí)納米SiO2的安全性評(píng)價(jià)與代謝研究是保證食品安全應(yīng)做的重要工作。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

動(dòng)物 無特定病原體(SPF)級(jí)健康雄性昆明小鼠40只[北京華阜康生物科技有限公司,許可證編號(hào):SCXK(京)2014-0004],體質(zhì)量18～22 g；R972型納米二氧化硅(20～30 nm) 上海緣鈦化工產(chǎn)品有限公司;LH-102型微米二氧化硅 天津市龍華化工有限公司;牛血清白蛋白 美國(guó)sigma公司;二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(500μg/gNCS納克公司;TirtonX-100 美國(guó)Amresco 公司;谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)檢測(cè)試劑盒、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)檢測(cè)試劑盒、尿素氮(BUN)檢測(cè)試劑盒 南京建成生物工程研究所。

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES) 美國(guó)PerkinElmer公司;iMARK680型酶標(biāo)儀 美國(guó)BIO-RAD伯樂公司;Milli-Q10型超純水機(jī) 美國(guó)Millipore公司;Q5000型微量紫外分光光度計(jì) 美國(guó)Eppendorf 公司;DP80圖像采集系統(tǒng) 日本OLYMPUS公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)物分組與處理 將40只小鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、低劑量納米SiO2組(100 mg/kg/day)、中劑量納米SiO2組(500 mg/kg/day)、高劑量納米SiO2組(1000 mg/kg/day)、微米SiO2組(1000 mg/kg/day)每組各8只[5]。高壓超純水配制質(zhì)量濃度為0.05%的牛血清白蛋白溶液(BSA),用0.05%的BSA配制10、50、100 mg/mL的納米SiO2,100 mg/mL的微米SiO2,每只小鼠按照上述分組根據(jù)體重給予相應(yīng)體積的SiO2灌胃,對(duì)照組給予10 mg/kg/day的0.05%的BSA一次性灌胃,共持續(xù)84 d,并每天觀察動(dòng)物的生長(zhǎng)狀況、生活習(xí)性等一般性狀。每周稱量質(zhì)量并按照該值調(diào)整各組動(dòng)物的灌胃體積,于灌胃后第85 d經(jīng)麻醉后處死全部動(dòng)物。

1.2.2 標(biāo)本的制備 各組小鼠分別抽取約0.8 mL抗凝血,4 ℃,12000 r/min,離心15 min后提取上清待用;分別取動(dòng)物部分肝臟、腎臟、睪丸組織經(jīng)4%甲醛固定后經(jīng)過脫水、浸蠟、包埋制成石蠟切片進(jìn)行病理組織學(xué)觀察;其余上述組織置于-80 ℃冰箱中保存待用。

1.2.3 小鼠器官組織病理學(xué)觀察 將制備好的小鼠肝臟、腎臟、睪丸等組織石蠟標(biāo)本切片,常規(guī)脫蠟、水化后,進(jìn)行蘇木素-伊紅(Hematoxylin and eosin,HE)染色,用OLYMPUS光學(xué)顯微鏡組織切片成像系統(tǒng)觀察小鼠各組織病理學(xué)結(jié)構(gòu)并攝片。

1.2.4 小鼠血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶含量測(cè)定 按照試劑盒說明書步驟操作,分別將各組小鼠血清與相關(guān)試劑混勻,37 ℃水浴30 min后,于酶標(biāo)儀510 nm波長(zhǎng)處讀取讀數(shù),同時(shí)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,其中谷丙轉(zhuǎn)氨酶公式為y=298.02x-2565.59(R2=0.9988);谷草轉(zhuǎn)氨酶公式為y=3435.2x2-5.8098x-0.4749(R2=0.9996),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和測(cè)得的吸光度值計(jì)算出各樣本的谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶含量,為卡門氏單位U。

1.2.5 小鼠血清尿素氮含量測(cè)定 按照試劑盒說明書將一定量樣本中依次加入各試劑并混勻水浴后,用分光光度計(jì)在640 nm波長(zhǎng)處測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)液和各樣本的OD值,設(shè)空白對(duì)照調(diào)零。

尿素氮含量=待測(cè)樣本的OD值/標(biāo)準(zhǔn)品OD值×標(biāo)準(zhǔn)濃度(10 μmol/L)×樣品稀釋倍數(shù)。

1.2.6 ICP-OES檢測(cè)各組動(dòng)物血清及肝、腎、睪丸組織中游離硅原子含量

1.2.6.1 ICP-OES工作條件 功率:1.30 kW;等離子氣流:15.0 L/min;輔助氣流量:1.50 L/min；進(jìn)樣時(shí)間:30 s;霧化器流量:0.70 L/min;穩(wěn)定時(shí)間:15 s;清洗時(shí)間:10 s;觀察高度:7 mm;蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速:15 r/min;積分時(shí)間:5.00 s;積分次數(shù):3。

1.2.6.2 樣品處理 室溫解凍血清,吹打至均勻,取0.4 mL血清用稀釋液(1% HNO3加0.1% TirtonX-100)1∶20稀釋后上機(jī)檢測(cè);準(zhǔn)確稱取0.20 g肝、腎及睪丸組織于微波消解罐中,加入消解液在微波消解儀中消化,用超純水稀釋后上機(jī)檢測(cè)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 小鼠組織病理學(xué)觀察

圖1 各組小鼠肝臟、腎臟及睪丸組織切片觀察(HE染色×400)Fig.1 The pathology observation of liver,kidney and testis of mice in each group by HE(×400)注:A:對(duì)照組;B:納米低劑量組;C:納米中劑量組;D:納米高劑量組;E:微米組。

表1 各組小鼠血清ALT、AST和BUN檢測(cè)結(jié)果Table 1 The results of ALT,AST and BUN in serum of mice in each ±s)

注:與對(duì)照組比較,a)p<0.05,b)p<0.01,;與微米SiO2組比較,c)p<0.05,d)p<0.01,表2同。2.1.1 小鼠肝臟組織病理學(xué)觀察 對(duì)照組小鼠肝臟組織HE染色切片用高倍鏡觀察所見,肝小葉結(jié)構(gòu)清晰,肝細(xì)胞排列成索條狀,匯管區(qū)結(jié)構(gòu)清晰,肝細(xì)胞大小均一,被膜光滑,中央靜脈及肝血竇無擴(kuò)張充血表現(xiàn)。納米低、中、高劑量組均可見部分肝小葉中央靜脈擴(kuò)張充血、肝竇充血,肝細(xì)胞索尚呈放射狀排列,在高劑量組匯管區(qū)可見小靜脈擴(kuò)張充血,肝細(xì)胞脂肪樣變性,少數(shù)肝細(xì)胞的壞死。中央靜脈周圍間質(zhì)可見成纖維細(xì)胞,微米組也可見上述擴(kuò)張充血表現(xiàn),與納米低劑量組病變程度相當(dāng)。

2.1.2 小鼠腎臟組織病理學(xué)觀察 對(duì)照組小鼠腎臟組織皮質(zhì)髓質(zhì)清晰可辨,腎小球和腎小管邊界清晰,近曲小管和遠(yuǎn)曲小管細(xì)胞特征明顯,細(xì)胞排列整齊。納米低劑量組的細(xì)胞可見腎臟背膜光滑,未見增厚,有少量腎小球體積增大,血管擴(kuò)張充血,腎小球內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目增多。腎小管未見異常病變,皮質(zhì)厚度正常。中、高劑量納米組小鼠腎小管可見輕微水變性,腎間質(zhì)小血管擴(kuò)張充血。微米組腎臟可見改變?nèi)缤蛣┝考{米組。

2.1.3 小鼠睪丸組織病理學(xué)觀察 對(duì)照組小鼠睪丸組織腺管細(xì)胞排列整齊,腺腔內(nèi)可見各級(jí)生精細(xì)胞層次分明,細(xì)胞數(shù)量多,成熟精子排列整齊清晰可辨。而納米組的小鼠睪丸腺腔內(nèi)腺管排列紊亂,腺腔內(nèi)各級(jí)生精細(xì)胞排列紊亂、層次不清,極向紊亂,隨著納米劑量的增加,細(xì)胞紊亂程度增加。微米組的存在上述異常表現(xiàn)但較輕微。

2.2 小鼠血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶含量檢測(cè)結(jié)果

表1中小鼠肝臟功能檢測(cè)結(jié)果顯示,納米和微米SiO2組的谷丙轉(zhuǎn)氨酶含量均高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05);其中納米高劑量組增高最明顯，是正常對(duì)照組的4.25倍,微米組的谷草轉(zhuǎn)氨酶含量低于各納米劑量組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)。表1中顯示谷草轉(zhuǎn)氨酶含量測(cè)定結(jié)果略不同于谷丙轉(zhuǎn)氨酶,只有高劑量納米SiO2組的該酶含量高于正常對(duì)照組,同時(shí)也高于微米SiO2組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),其他各組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 小鼠血清尿素氮含量檢測(cè)結(jié)果

表1中各組小鼠血清尿素氮檢測(cè)結(jié)果可見納米SiO2各劑量組和微米組的尿素氮均高于正常對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01或p<0.05);納米組和微米組相比,中、高劑量納米組的尿素氮檢測(cè)結(jié)果高于微米組(p<0.01或p<0.05)。

2.4 ICP-OES檢測(cè)小鼠血清及肝、腎、睪丸組織中硅含量結(jié)果

由表2可見,正常對(duì)照組小鼠血清硅含量均值為4.029 μg/mL,三個(gè)納米SiO2組小鼠的血清硅含量均高于正常對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01),其中以中劑量組含量最高,均值為5.961 μg/mL,大約高于正常對(duì)照組47.9%,微米SiO2組的硅含量略高于正常對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05);微米組與納米組相比,中、高劑量納米組血清硅含量高于微米組(p<0.01)。低劑量納米組和微米組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

肝臟組織中硅含量測(cè)定結(jié)果顯示,納米低、中、高劑量組及微米組的硅含量均明顯高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01);納米高劑量組硅含量高于同劑量微米組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01);低、中劑量納米組和微米組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 各組小鼠血清及肝、腎、睪丸組織中游離硅元素檢測(cè)結(jié)果±s)Table 2 The results of free-Si in serum,liver,kidney and testis of mice in each ±s)

表2結(jié)果顯示,納米低、中、高劑量組及微米組的腎臟組織中硅含量均高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01或p<0.05);微米組與納米組相比,中、高劑量納米組硅含量高于微米組(p<0.01)。低劑量納米組和微米組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

由睪丸組織中硅含量測(cè)定結(jié)果可見,納米低、中、高劑量組及微米組的硅含量均明顯高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01);與微米組相比,納米中、高劑量組硅含量均比微米組高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01),納米低劑量組含量低于微米組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01)。

3 結(jié)論與討論

有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)靜脈或腹腔注射進(jìn)入體內(nèi)的納米SiO2經(jīng)血循環(huán)再分布后在肝臟和脾臟有較高的富集[7-9],而肺臟和腎臟的再分布量較少[10-11],Meike等[5]經(jīng)連續(xù)口服給予大鼠低劑量的食品級(jí)納米SiO228 d后觀察到其在肝腎脾僅有少量的分布,而在空腸和回腸有大量的蓄積。但也有研究認(rèn)為經(jīng)口服后SiO2可在機(jī)體的肝腎等臟器蓄積,對(duì)于SiO2的生物安全性狀研究表明,不同途徑進(jìn)入機(jī)體的納米SiO2對(duì)肺臟、心血管系統(tǒng)、肝腎、胃腸、神經(jīng)等組織器官均有不同程度的損害作用[12-14]?？诜M(jìn)入人體的納米SiO2,首先與胃腸道粘膜接觸產(chǎn)生作用,對(duì)胃腸道粘膜細(xì)胞有可能造成損害,關(guān)于這方面的文獻(xiàn)寥寥無幾,針對(duì)食品中的納米SiO2的研究更少。另一方面,長(zhǎng)期攝入是否對(duì)肝脾腎等器官造成損害也是值得明確的問題。目前對(duì)于食品級(jí)納米SiO2的研究相對(duì)匱乏,因此日常食用的食品級(jí)納米SiO2在體內(nèi)分布情況及對(duì)重要臟器是否造成影響是此研究的核心問題。從納米SiO2的特性和上述的研究現(xiàn)狀出發(fā),本實(shí)驗(yàn)選擇小鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,分別設(shè)計(jì)了高于我們?nèi)粘z入量約10、50和100倍的納米SiO2經(jīng)消化道連續(xù)飼養(yǎng)動(dòng)物12周即84 d,同時(shí)應(yīng)用等同于納米SiO2高劑量的微米SiO2做對(duì)比,觀察其對(duì)小鼠肝、腎等重要臟器是否有不良影響。

由結(jié)果可見,從病理切片組織學(xué)的角度觀察肝臟的情況,與正常對(duì)照組小鼠相比,納米組的肝組織出現(xiàn)肝細(xì)胞脂肪變性,肝小葉中央靜脈和匯管區(qū)靜脈擴(kuò)張充血等表現(xiàn),在納米低劑量組即出現(xiàn)上述表現(xiàn),中劑量組和高劑量組表現(xiàn)相似,沒有肝細(xì)胞壞死、硬化等發(fā)生,但肝細(xì)胞脂肪變性的程度加深。而微米SiO2組的上述變化不很明顯,只可見少數(shù)肝細(xì)胞的脂肪變性程度輕微,推測(cè)SiO2經(jīng)血循環(huán)進(jìn)入肝細(xì)胞,并對(duì)肝細(xì)胞產(chǎn)生一定的不良影響,納米組的病變程度較微米組的為重,可能因?yàn)榧{米顆粒細(xì)小,經(jīng)胃腸道粘膜吸收入血進(jìn)入肝臟的機(jī)會(huì)增多[3]。

腎臟的病理學(xué)表現(xiàn)也大致相同,納米SiO2組的腎臟可見部分腎小球體積增大,血管擴(kuò)張充血,間質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞成分如血管內(nèi)皮細(xì)胞增生,上述變化在各劑量納米組均可見。在中高劑量組可見腎小管的輕微水變性,可見間質(zhì)小血管的擴(kuò)張充血。在微米組的變化如同納米低劑量組的變化程度。

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)灌胃開始1周左右動(dòng)物的睪丸有紅腫現(xiàn)象,但隨著灌胃時(shí)間的延長(zhǎng)逐步消失,因此在組織病理學(xué)觀察時(shí)特意對(duì)睪丸組織進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)在納米組的動(dòng)物睪丸腺腔內(nèi)腺管排列紊亂,腺腔內(nèi)的各級(jí)生精細(xì)胞排列紊亂、層次不清,極向消失,成熟的精子數(shù)量減少,并且上述變化隨著納米劑量的增高而程度加深,而微米組上述的變化程度很輕微。黃遂[15]的研究發(fā)現(xiàn)納米SiO2可通過調(diào)節(jié)凋亡信號(hào)通路上的關(guān)鍵蛋白Caspase-3、Bcl-2、Bax的表達(dá)水平的變化而引起生殖損傷,另有文獻(xiàn)報(bào)道通過氣管內(nèi)灌注納米SiO2的方法發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期接觸可引起雄性小鼠的精子存活率下降、畸形率增加[16],本實(shí)驗(yàn)的睪丸病理學(xué)觀察所見是上述結(jié)果的病理學(xué)印證。

這些病理變化的結(jié)果提示納米SiO2可能更易通過胃腸道粘膜吸收入血,再分配到達(dá)肝臟,腎臟,睪丸等組織細(xì)胞當(dāng)中,對(duì)上述器官產(chǎn)生一定程度的影響。但目前的觀察并未發(fā)現(xiàn)上述器官出現(xiàn)硬化、增生甚至大量壞死等更加嚴(yán)重的形態(tài)學(xué)病變。

為進(jìn)一步探究納米級(jí)SiO2進(jìn)入機(jī)體后對(duì)上述器官的功能是否產(chǎn)生不利的影響,我們觀察了肝臟功能相關(guān)的指標(biāo)即肝臟的谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶以及腎臟的血清尿素氮的水平。肝臟的谷丙轉(zhuǎn)氨酶檢測(cè)結(jié)果顯示,在納米組的該值增高,在納米高劑量組增高尤為明顯,是正常對(duì)照組的4.25倍,而微米組增高后的水平與納米低劑量組相當(dāng),與病理變化相一致。谷丙轉(zhuǎn)氨酶主要體現(xiàn)的是肝細(xì)胞受損的程度,上述結(jié)果表明納米SiO2進(jìn)入肝臟對(duì)肝細(xì)胞功能造成影響,并與納米SiO2的劑量相關(guān)。然而同時(shí)檢測(cè)的谷草轉(zhuǎn)氨酶則表明肝細(xì)胞壞死的狀況,結(jié)果只有納米中、高劑量組出現(xiàn)了具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的增高,說明納米SiO2進(jìn)入肝臟主要引起細(xì)胞的變性,而無明顯的細(xì)胞壞死。反映腎臟功能指標(biāo)的血清尿素氮檢測(cè)結(jié)果顯示在納米組尿素氮含量均顯著增加,而微米SiO2組的該指標(biāo)值較低,提示可能對(duì)腎臟功能產(chǎn)生一定程度的影響。

上述ALT、AST及BUN的結(jié)果提示納米SiO2可能更容易穿過胃腸道的細(xì)胞膜被吸收并且可以隨血流到達(dá)其他作用的靶器官,如肝臟、腎臟、睪丸等,并對(duì)其功能產(chǎn)生不良影響。Nishimori[17]等人研究顯示70 nm的SiO2對(duì)小鼠肝臟有損傷,此外,還發(fā)現(xiàn)70 nm的SiO2對(duì)肝血清指標(biāo)ALT、IL-6、TNF-α存在劑量效應(yīng),長(zhǎng)期接觸可以導(dǎo)致肝纖維化。Park[18]等研究表明,微米級(jí)SiO2只能到達(dá)細(xì)胞間質(zhì),而納米SiO2可被吸收至細(xì)胞核中。趙光強(qiáng)[19]等采用透射電子顯微鏡觀察不同粒徑SiO2細(xì)胞內(nèi)分布,納米SiO2組細(xì)胞間質(zhì)可見高電子密度納米SiO2顆粒,部分膜不完整,而微米SiO2組細(xì)胞質(zhì)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)高電子密度顆粒,膜結(jié)構(gòu)完整。推測(cè)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能與納米SiO2粒徑小易穿過細(xì)胞膜有關(guān)。相比之下相同劑量的微米SiO2上述血清生化指標(biāo)及組織病理變化非常輕微可能主要是因?yàn)槲⒚譙iO2的粒徑相對(duì)較大,不易穿過胃腸道的細(xì)胞膜而吸收少。

上述推測(cè)也被ICP-OES測(cè)得的血清及肝、腎、睪丸組織中游離硅含量變化進(jìn)一步證實(shí),該結(jié)果顯示在血清及肝、腎、睪丸組織中,納米SiO2的含量較微米SiO2含量明顯增高,并且納米SiO2含量與攝入量呈正相關(guān)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)研究是基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并且是高于可能的日常攝入量很多倍的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,因此應(yīng)該謹(jǐn)慎的解釋和評(píng)價(jià),關(guān)于相關(guān)的人群方面的研究,目前尚缺乏有力的證據(jù)[20],但我們?cè)趹?yīng)用如食品添加劑納米SiO2等諸如此類的納米材料的同時(shí)應(yīng)高度警惕其可能潛在的對(duì)人體的危害。

綜上所述,食物中的納米SiO2更易進(jìn)入體內(nèi)被機(jī)體吸收,并會(huì)對(duì)機(jī)體的重要臟器及其功能產(chǎn)生不良的影響,且影響的程度與攝入的量相關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在高于人體正常攝入量很多倍的基礎(chǔ)上得出的,而攝入多大劑量的納米SiO2會(huì)對(duì)人體健康造成威脅還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

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Study on the effects of the food grade silica Nanoparticleson the organ function of the mice

LIU Jia-qi1,HOU Xiao-min2,PENG Zi-he1,LIU He-liang3,4,HAO Xiao-hui3,4,*

(1.Basic Medical College,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China;2.School of Public Health,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China;3.Medical Research Center,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China;4.International Science and Technology Cooperation Base of Geriatric Medicine of Ministry ofScience and Technology,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China)

Objective:To evaluate the safety of Nano silica on the tissues of the mice,the mice were taken oral administration with the food grade silica Nanoparticles(Nano silicon dioxide,Nano-SiO2),after 12 weeks the content of silica in serum,livers,kidneys and testis of silica were detected,and the livers and kidneys of mice were observed. Methods:Male KM mice were randomly divided into different groups including the control group(0.05%BSA),Nano-SiO2groups(100,500,1000 mg/kg/day)and micron-SiO2group(1000 mg/kg/day). 84 days later,all animals were killed and the tissues were collected. The histopathological changes of livers,kidneys,testis and other tissues of the mice by HE staining were obversed. Content of silicon in livers,kidneys,testis and serum were detected by ICP-OES. The content of alanine aminotransferase(ALT),aspartate aminotransferase(AST)and blood urea nitrogen(BUN)in serum were measured by colorimetric method. Results:All the results were compared with the control group. The HE staining showed the varying differences of pathological changes in the livers,kidneys and testicular tissue abnormalities and the high dose of Nano-SiO2group was the most. With the increase of Nano-SiO2doses,the contents of ALT,AST and BUN were increased. The examination of the silicon in the livers,kidneys,testis and serum of the Nano groups were inhibited in dose-dependent manner. Compared with the same dose of micron group,the above results of the Nano group were more serious. Conclusion:Taking orally with food grade Nanosilicon for a long time,the poison may accumulate in the body's liver,kidney,testis and other tissues,leading to different histopathological damages and affect their functions.

food additives;Nanosilicon dioxide;ICP-OES;ALT;AST

2016-12-29

劉嘉祺(1994-)，女，本科，主要從事肺纖維化研究，E-mail:13315559650@163.com。

*通訊作者:郝小惠(1971-)，女，碩士，教授，主要從事肺纖維化研究，E-mail:haoxiaohui2005@163.com。

河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(10276116D)；唐山市老年醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(15130212C)。

TS202.3

A

1002-0306(2017)13-0292-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.054