基于JAK/STAT信號通路研究納米氧化鈦致卵巢損傷的分子機制＊

文/高國棟，馬增力，余興火，鐘師，黃林鳳

前期研究者研究了納米氧化鈦顆粒暴露致卵巢損傷和基因表達譜的改變，并且對納米氧化鈦暴露導致卵巢損傷的機制做了初步研究。在前期的研究基礎上我們需要從JAK/STAT信號通路進一步研究納米氧化鈦暴露致小鼠卵巢損傷的機制?，F列舉SPF級ICR小鼠96只進行分組討論。具體報告如下：

1 資料及方法

1.1 一般資料

采購上海西普爾必凱實驗動物有限公司的SPF級ICR小鼠96只，其隨機分為兩組，包括0、2. 5、5、10mg/kg納米化鈦實驗組和0、2. 5、5、10mg/kg納米氧化鈦+JAK阻斷劑實驗組。前組小鼠周齡為（7.52±0.26）周，后組小鼠周齡為（7.56±0.25）周；前組小鼠體重為（32.25±2.55）g，后組小鼠體重為（32.25±2.55）g，上述兩組小鼠的組間差距無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。具體內容如表1。

表1 一般資料比較[±s]

1.2 方法

將重點基于JAK/STAT信號通路研究納米氧化鈦暴露致小鼠卵巢損傷的機制。比較分析JAK抑制劑處理小鼠與未用抑制劑處理小鼠在5mg/L納米氧化鈦暴露90d后小鼠血清生殖性激素AMH以及JAK/STAT信號通路SOCS3基因表達水平。同時，雌性小鼠于5毫克/千克的納米氧化鈦胃內連續給藥90d，分析其卵巢炎癥發生率。

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 小鼠卵巢中功能JAK/STAT信號通路基因表達水平

在納米氧化鈦（5nm）灌胃處理90d后，納米氧化鈦在卵巢聚集，導致卵巢萎縮、元素分布失衡、性激素紊亂、生殖功能障礙，雌性小鼠的生育力和懷孕率下降。微陣列分析顯示：與納米化鈦實驗組相比，納米氧化鈦處理的小鼠卵巢中功能JAK/STAT信號通路基因表達水平顯著改變。具體情況見下圖1。

圖1 小鼠卵巢中功能JAK/STAT信號通路基因表達水平

2.2 納米氧化鈦（5nm）在小鼠卵巢中的作用

為了更好地了解納米氧化鈦（5nm）如何在小鼠卵巢中的作用，雌性小鼠于5毫克/千克的納米氧化鈦胃內連續給藥90d，結果顯示納米氧化鈦暴露可導致卵巢指數下降、卵泡閉鎖，卵巢生殖功能障礙，卵巢炎癥反應發生。其中，納米化鈦實驗組小鼠發生卵巢炎癥率高于納米氧化鈦+JAK阻斷劑實驗組，組間差異具有統計學意義（P＜0.05），具體情況見下表2：

表2 兩組小鼠發生卵巢炎癥率比較[n，%]

2.3 納米氧化鈦（5nm）導致小鼠血液AMH下降

納米氧化鈦（5nm）暴露90d后引起小鼠血液AMH下降，暴露30d、60d、90d后卵巢組織AMH水平呈不同程度下降，暴露90d后AMH下降尤其明顯，組間差異具有統計學意義（P＜0.05），表明納米氧化鈦暴露造成小鼠卵巢儲備功能下降。將其強表達設置為3，正常表達設置為2，低表達設置為1。具體情況見表3。

表3 納米氧化鈦對于小鼠AMH含量變化比較[±s]

2.4 納米氧化鈦（5nm）導致小鼠卵巢SOCS3下降

納米氧化鈦（5nm）暴露30、60、90d后導致卵巢組織SOCS3蛋白濃度降低，暴露90d后SOCS3下降明顯組間差異具有統計學意義（P＜0.05）。具體情況見表4。

表4 納米氧化鈦對于小鼠SOCS3mRNA相對定量變化比較[±s]

3 討論

JAK-STAT信號傳導通路在動物中高度保守。JAK-STAT的名稱是由兩個基因組成：激酶Janus（Janus kinase）和轉錄因子STAT（signal transducer and activator of transcription），它們共同參與細胞對各類細胞因子和生長因子的應答作用。應答類型涉及細胞增殖、分化、遷移、凋亡和細胞存活等。對于多細胞動物來說，細胞之間的有效溝通對于發育、組織和生物體的體內平衡以及宿主防御至關重要。進化為這個問題提供了許多解決方案，但其中JAK-STAT途徑是結構上最簡單的范例之一。JAK-STAT是一個非常簡單的通路，以極少的中間步驟將胞外信號從跨膜受體傳遞到細胞核。最初，科學家是在干擾素信號傳導途徑中發現該通路，后續則發現多種細胞因子、集落刺激因子和激素都可以通過JAK-STAT通路傳遞信號。

隨著納米材料的廣泛應用，納米氧化鈦潛在衛生安全越來越受到人們的高度關注。納米氧化鈦顆粒的直徑小于100nm。納米氧化鈦顆粒具有很大的表面積和表面原子數，表面積和表面張力隨著粒徑的下降急劇增加。納米氧化鈦由于其獨特的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應等導致納米微粒的熱、磁、光、敏感特性以及表面穩定性等不同于常規粒子。納米氧化鈦顆?？赏ㄟ^皮膚、消化道和呼吸道等與包括產業工人在內的人體直接接觸，各種數量級的納米氧化鈦直接或者隨產品以各種不同的途徑進入體內某些特定的部位富集，并產生內在毒性效應，其生物毒理學已引起科學界的極大關注。近年來的研究，不僅證實口服納米氧化鈦顆?？梢栽斐缮锒拘?，而且對納米氧化鈦引起動物肝、肺、腎、腦、脾等的損傷進行了研究，并且闡明了相應的損傷機制。高國棟在文獻中闡述，納米氧化鈦染毒大鼠睪丸組織發生明顯的病理學改變，納米氧化鈦對雄性大鼠有生殖毒性效應，并且納米氧化鈦的生殖毒性效應明顯強于納米氧化硅。納米二氧化鈦可以抑制睪丸支持細胞TM4的活性，誘導細胞凋亡。但是納米氧化鈦對動物卵巢毒性的研究鮮有報道。

卵巢的生殖功能主要是合成并且分泌性激素和產生卵子并且排卵?？箍娎帐瞎芗に兀ˋMH）比尿促卵泡素（FSH）、黃體生成素（LH）、雌二醇（E2）等更早地反映原始卵泡池中卵泡數量，更早期、準確反映卵巢功能狀態，并且AMH不受下丘腦-垂體-卵巢軸的調控，在月經周期中水平恒定,無周期性變化，可在月經周期中任一d抽血檢測。此文獻提出基于JAK/STAT信號通路研究納米氧化鈦暴露致小鼠卵巢生殖毒性的機制，并且利用JAK抑制劑進一步研究納米氧化鈦暴露后導致卵巢損傷的機制，從而進一步理解納米氧化鈦顆粒暴露后導致卵巢生殖毒性的分子機制，為預防納米氧化鈦顆粒暴露后卵巢毒性提供實驗依據。在納米氧化鈦（5nm）灌胃處理90d后，納米氧化鈦在卵巢聚集，導致卵巢萎縮、元素分布失衡、性激素紊亂、生殖功能障礙，雌性小鼠的生育力和懷孕率下降。雌性小鼠于2.5、5和10毫克/千克的納米氧化鈦胃內連續給藥90d，結果顯示納米氧化鈦暴露可導致卵巢指數下降、卵泡閉鎖，卵巢生殖功能障礙，卵巢炎癥反應發生。納米氧化鈦（5nm）暴露90d后引起小鼠血液AMH下降，暴露30d、60d、90d后卵巢組織AMH水平呈不同程度下降，暴露90d后AMH下降尤其明顯，組間差異具有統計學意義（P＜0.05），表明納米氧化鈦暴露造成小鼠卵巢儲備功能下降。納米氧化鈦（5nm）暴露30、60、90d后導致卵巢組織SOCS3蛋白濃度降低，暴露90d后SOCS3下降明顯組間差異具有統計學意義（P＜0.05）。

綜上所述，文章通過分析納米氧化鈦暴露后卵巢組織中J AK/STAT信號通路研究、納米氧化鈦暴露后對卵巢 JAK/STAT信號通路的改變、JAK抑制劑分析納米氧化鈦對卵巢損傷以及體外研究實驗，顯示納米氧化鈦暴露可導致卵巢指數下降、卵泡閉鎖，卵巢生殖功能障礙，卵巢炎癥反應發生，證明基于JAK/STAT信號通路由于納米氧化鈦引起卵巢損傷，闡明J AK/STAT信號通路在納米氧化鈦對卵巢損傷中機制及作用。