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user: 3. 毒性研究 3.1. 遗传毒性 研究表明，产前暴露会影响胎鼠的脑发育，在一定程度上导致新生乳鼠的脑组织结构疏松，并出现神经细胞增值率下降，凋亡率上升的病变，改变鼠后代脑组织的单胺能的神经转化水平。 Balasubramanyam Annangi [ 11 ] 等选用野生型小鼠胚胎成纤维细胞(MEF Ogg1+/+)为实验对象，选择粒径小于100 nm的氧化锌为受试物，使细胞在1 µg/mL的氧化锌中暴露12周。结果表明，短期暴露(24 h) ZnO NPs能够在两种细胞系中诱导ROS的产生，造成遗传毒性和氧化DNA损伤。 Xuesong Zhao [ 12 ] 等研究了斑马鱼胚胎的发育毒性，选择了成人AB斑马鱼为实验动物，选择粒径小于100 nm的氧化锌为受试物，在受精后(hpf)将胚胎分别于1、5、10、20、50和100 mg/L的纳米ZnO和0.59、2.15、3.63、4.07、5.31和6.04 mg/L的Zn 2+ 中，持续144小时。结果表明，纳米ZnO的暴露促进了斑马鱼幼虫的氧化应激和DNA损伤反应，纳米ZnO对斑马鱼的毒性显着高于Zn 2+ ，这表明溶解的Zn 2+ 仅部分促进了纳米ZnO的毒性，纳米ZnO诱导斑马鱼胚胎发育毒性。 Pascal Ickrath [ 13 ] 等人研究纳米氧化锌的细胞毒性和遗传毒性作用，选用人类间质干细胞为实验对象，选用粒径为55 nm的氧化锌为受试物。将hMSC暴露于浓度分别为0.01、0.1、1、10和50 µg/mL的ZnO-NP中，共同培养24小时。结果显示，ZnO-NP在50 µg/mL的高浓度下有细胞毒性，而hMSC暴露于1和10 µg/mL的ZnO-NP下具有遗传毒性，且重复接触会增强细胞毒性，但不会增强遗传毒性。重复暴露和长期细胞积累，甚至低剂量的ZnO-NP也会引起毒性作用。 Yuka Okada [ 14 ] 等人研究了纳米氧化锌对子代脑组织的单胺能的神经转化水平，选用8~11周龄的ICR小鼠及其6周龄的后代为实验动物，选择30~40 nm的纳米氧化锌为受试物，孕期小鼠按100 μg/鼠/天的量连续5天作用于小鼠，并于产后21天断奶，评估6周龄的子代幼鼠的情况。结果显示，子代幼鼠海马区的DA水平升高，HVC (高香草酸)含量升高，前额叶和海马区的5-HT的水平升高。证明产前接触纳米氧化锌改变了鼠后代脑组织的单胺能的神经转化水平。 3.2. 肺脏毒性 研究表明，暴露于氧化锌后小鼠的肺内有明显的炎症反应，肺泡壁细胞增生和肺泡壁增厚现象，肺部炎症呈剂量依赖性加重，并引起小鼠体重明显降低并发贫血。 王群林 [ 15 ] 选用25 g左右清洁级的健康昆明小鼠为实验动物，选择粒径为30 nm的氧化锌为受试物，腹腔注射83 mg/ml纳米氧化锌悬浊液各0.15 ml，连续注射7 d。结果显示，试验组小鼠死亡率增加，平均体重明显减轻，肺的湿干比增高；血清及灌洗液中炎症因子TNF-α及ICAM-1含量显著升高，存在显著性差异(P < 0.05)；显微镜下可见肺组织有损伤。长期纳米氧化锌腹腔注射可对小鼠肺产生慢性不良影响。 Robert Landsiedel [ 16 ] 等人做了纳米氧化锌的短期吸入的毒性研究，选用7周龄的雄性SD大鼠为实验动物，选择粒径为15 nm的氧化锌为受试物，连续五天将大鼠暴露于测试物质气雾剂(0.5至50 mg/m 3 )中，并在暴露后14或21天进行观察，检查了整个呼吸道的支气管肺泡灌洗液(BALF)和组织病理学切片。结果显示，在肺，肺泡巨噬细胞和淋巴结中发现了吸入的纳米材料，氧化锌可起嗅觉上皮坏死，引起了浓度依赖性的短暂性肺部炎症；在接触后期间，大多数影响至少是部分可逆的。 3.3. 心脏毒性 研究表明，纳米氧化锌能对心脏的影响主要表现为早期动脉粥样硬化，此外，还会造成细胞应激及神经上皮细胞的激活。 梁宁 [ 17 ] 等人研究纳米氧化锌对心血管系统的影响，选用6周龄的雄性Wistar大鼠为实验动物，选择粒径为30 nm纳米氧化锌为受试物，分别按1.25、2.5和5.0 mg/ml的量以气管灌注的方式作用于小鼠，每周一次，连续12周。结果显示，纳米氧化锌可以对心血管系统产生明显的毒性作用，主要表现为引起机体肺部和全身炎症反应，质代谢紊乱及主动脉病理损伤，且主动脉的病理变化主要表现为早期动脉粥样硬化样改变。 Robin Anne Bessemer [ 18 ] 等人研究纳米氧化锌对淡水鱼的心肺功能和能量代谢的影响，选用体重为181 ± 57.7 g的雌性Catostomus commersonii品种的淡水鱼为实验动物，选择粒径为25 nm纳米氧化锌为受试物，按1.0 mg/L的最终暴露剂量作用于淡水鱼。结果显示，纳米ZnO会引起组织损伤、细胞应激及激活神经上皮细胞，从而引发缺氧反应。Catostomus commersonii急性暴露于纳米ZnO会产生毒性反应，因此环境暴露纳米材料可能对成年鱼的心肺功能产生一些影响。 3.4. 皮肤毒性 纳米氧化锌在化妆品防晒剂中的应用已经引起入们对纳米颗粒是否能通过皮肤渗透进入机体的忧虑。 P. Surekha [ 19 ] 等研究了纳米氧化锌对皮肤的影响，选用6~8周龄的体重为180~220 g SD大鼠为实验动物，每天分别按75、180和360 mg/kg BW的量以皮肤接触的方式作用于小鼠，持续一段时间28天。结果显示，与尾巴相比，皮肤中胶原蛋白损失的百分比高。这可能是由于纳米氧化锌的尺寸小而在皮肤上通过的应用部位，并可能引起氧化应激。纳米氧化锌在上述剂量水平下可能会穿透皮肤，并导致胶原蛋白含量降低。 Lifeng Gao [ 20 ] 等研究纳米氧化锌对嗅觉上皮的影响，选用140~200 g的SD大鼠为实验动物，选用粒径为30 nm的氧化锌为受试物，按5 mg/m −3 的量单次以鼻内滴注的方式作用于大鼠，滴注后1、2、3和7天在4.7-T扫描仪上进行MRI扫描，并评估大鼠嗅觉上皮的组织学变化。结果显示，ZnO NPs对嗅觉上皮造成了明显损害，包括嗅觉上皮结构破坏和炎症。透射电镜(TEM)观察到上皮细胞线粒体的破坏(图4)，提示可能的毒理学机制可能涉及细胞能量代谢功能障碍。 图4. 皮肤暴露于纳米氧化锌后，上皮细胞的透射电镜图 [ 20 ] 3.5. 肝脏毒性 研究表明，纳米氧化锌能造成肝脏严重的瘀血、出血、细胞变性坏死、大量细胞核固缩碎裂等病理变化。 Xia Yang [ 21 ] 等人研究了纳米氧化锌对小鼠肝脏的毒性影响，选用6周龄的20 ± 2 g的雄性C57BL/6小鼠为实验动物，选用粒径小于100 nm的氧化锌为受试物，每天按200 mg/kg或400 mg/kg的剂量以灌胃的方式作用于小鼠，连续90天，取血和肝组织进行研究。结果显示，肝细胞呈局灶性坏死，中央静脉充血扩张(图5)；ALT和AST的水平显著升高；电子显微镜下发现，肝脏组织中观察到内质网肿胀和核糖体脱粒；与ER应激相关的基因(grp78， grp94， pdi-3， xbp-1)的mRNA表达水平也被上调；内质网应激相关的凋亡蛋白水平升高，例如caspase-3，caspase-9，caspase-12，JNK的磷酸化和CHOP/GADD153，以及pro-的上调。 图5. 纳米氧化锌长期作用于机体后的肝脏损害 [ 21 ] 3.6. 水生生物毒性 除了造成生物体各个脏器的损伤外，纳米氧化锌对生态环境也能造成一定影响。Mahya Samei等人 [ 22 ] 研究了对微藻细胞的毒性影响，将微藻细胞暴露于0.01~0.7 mg/L的8种浓度的ZnO NP中96 h，结果表明0.7 mg/L的ZnO NP可以完全抑制藻类的生长。