目的:纳米氧化铝由于其优良的物理化学性质,在光电子、催化剂、工程、医药等领域得到了广泛的应用。在生产过程中,纳米氧化铝可在产品制造、加工和废物排放等过程中直接或间接释放到环境中。当生物体内蓄积纳米氧化铝颗粒在达到一定阈值后可能会出现毒性效应。然而,现有的毒理学证据很难确切地评估纳米氧化铝对水生生物和人体的潜在风险。因此,本研究旨在探讨纳米氧化铝对成年斑马鱼学习和记忆能力的影响。方法:采用不同浓度(0、6.25、12.5、25.0、50.0、100 mg/L)的13 nm粒径的氧化铝处理受精后6 h的斑马鱼胚胎至受精后120 h结束,并在成年时(6、9和12月龄)检测其神经行为学指标,评价学习记忆能力;本研究设计了一组实验来评估斑马鱼胚胎期接触纳米氧化铝是否会蓄积在大脑组织中并对其学习和记忆能力造成损害。我们用电子显微镜观察了纳米氧化铝的表征,并用纳米粒度仪测定了Zeta电位。采用焦虑活动检测试验、探索活动检测试验和T迷宫试验,观察了成年斑马鱼6、9和12月龄的神经行为和学习记忆变化。此外,测定了脑组织中乙酰胆碱(ACh)、多巴胺(DA)等神经递质生物标志物,活性氧(ROS)、乳酸脱氢酶(LDH)等氧化应激标志物。另外,使用尼氏染色法检测了脑组织神经细胞数目变化,通过电镜观察了脑组织亚细胞结构的病理形态改变,RT-PCR检测了自噬相关基因(ULK1、LC3-Ⅱ、Beclin-1)的表达,使用ICP-MS检测了斑马鱼脑组织铝的蓄积变化。结果:(1)脑铝含量增加:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6和12月龄的斑马鱼脑组织中铝含量增加,且存在剂量依赖效应,脑铝含量随剂量增加而升高。(2)焦虑样行为加重:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6、9和12月龄的斑马鱼焦虑样行为增加,包括平均速度和外区累积时间百分比显著减少,冻结时间移动率增加。且存在剂量和年龄依赖效应,随剂量和年龄增加,焦虑样行为逐渐加重。(3)新环境的探索行为减弱:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6、9和12月龄的斑马鱼对新环境的探索行为减弱,且存在剂量和年龄依赖效应,随剂量和年龄增加,探索行为逐渐减弱。(4)记忆能力降低:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6和12月龄的斑马鱼学习记忆能力降低,且存在剂量和年龄依赖效应,包括潜伏期增加和累积停留时间减少。随剂量和年龄增加,学习记忆能力出现进行性损伤。(5)神经递质含量降低:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6和12月龄的斑马鱼脑组织神经递质含量降低,包括乙酰胆碱(ACh)和多巴胺(DA)的水平显著下降。(6)氧化应激反应加重:纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致6和12月龄的斑马鱼脑组织氧化应激反应加重,包括活性氧(ROS)和乳酸脱氢酶(LDH)的水平显著增加。(7)纳米氧化铝斑马鱼胚胎暴露,导致斑马鱼脑组织神经细胞数目减少且伴随着自噬的发生,以及脑组织中自噬相关基因(ULK1、LC3-Ⅱ、Beclin-1)的表达上调。结论:纳米氧化铝在6.25 mg/L至100 mg/L的暴露浓度范围内对斑马鱼具有神经毒性,我们发现低浓度(6.25 mg/L)的纳米氧化铝对6个月龄前的斑马鱼比较安全。随着暴露剂量和持续时间的增加,包括低浓度(6.25 mg/L)在内的所有剂量的纳米氧化铝都会引起斑马鱼学习和记忆的不良影响。斑马鱼胚胎期接触纳米氧化铝对斑马鱼脑组织中的铝含量具有剂量和年龄依赖性,并且随着剂量和年龄的增加而显著增加。暴露于纳米氧化铝会导致进行性神经行为改变,学习记忆能力进行性损伤。它还会导致斑马鱼脑组织中产生氧化应激和多巴胺能传递受到破坏,脑组织中神经细胞的数量显著减少且伴随着自噬的发生。