研究背景：　　纳米二氧化硅（Silica nanoparticles,SiO2-NPs）因其特殊的理化性质而成为目前应用最广泛的纳米材料之一。工业生产的SiO2-NPs大量排放引起空气污染，可能对人类健康和环境产生潜在毒性作用。明确SiO2-NPs暴露产生的毒性效应将促进其在食品业、化工业、生物医学等领域的安全应用。有研究表明空气暴露SiO2-NPs对呼吸系统有显著毒性作用，并可导致全身多器官如肝、肾、脾的炎症反应、氧化应激和DNA损伤，而对于神经系统的毒性则报道较少。　　大脑的发育是一个复杂而持续的过程。啮齿类动物出生后前两周（相当于人类从孕期第6个月开始直至出生后的前几年）是中枢神经系统基本结构形成和快速发育的特殊时间窗，此时血脑屏障还未完全发育成熟，对环境因素极其敏感。海马与学习记忆和情绪的调节密切相关，亦是生后及成年存在持续神经发生的关键脑区之一。对啮齿类动物而言出生后两周是海马发育的关键期，重要的细胞学事件（如增殖、迁徙、分化、突触发生、髓鞘形成）按时空顺序相继出现，在此发育关键期若是受到环境刺激，如暴露于环境外源性化学物质可导致长期或永久的结构和功能改变。因此，新生时期暴露于环境外源刺激对于神经发育有很大影响。　　近年来一些研究证实SiO2-NPs可绕过或穿过血脑屏障，经呼吸道吸入后可通过嗅神经转移至中枢神经系统。在成年啮齿动物中，SiO2-NPs滴鼻暴露可引起大脑内海马、皮层、胼胝体等区域氧化应激和炎症反应。由此我们推测SiO2-NPs可能以皮层及海马为靶区发挥神经毒性作用。离体实验也表明SiO2-NPs可损伤线粒体功能从而影响神经分化，并可导致神经元和胶质细胞氧化应激、促炎基因表达上调,继而产生炎症反应。且有研究指出SiO2-NPs能改变斑马鱼颜色偏好，引发帕金森病（Parkinson’s disease,PD）样行为。这些证据提示SiO2-NPs暴露有可能引起机体的神经炎症反应，并导致实验动物的行为发生改变。然而，目前关于纳米颗粒对神经发育毒性的研究尚处于初级阶段，出生后发育关键期暴露SiO2-NPs对大脑发育的潜在神经毒性效应及机制亦不清楚。　　因此本课题通过检测新生小鼠暴露于SiO2-NPs后其皮层应激与炎症的改变，海马齿状回神经发生、炎症相关基因的mRNA表达水平等指标的改变，以及成年后行为学的改变，试图从发育学角度探明出生后发育关键期SiO2-NPs吸入暴露对小鼠的神经毒性效应，初步揭示SiO2-NPs暴露所引发的神经发育损伤的可能机制，为SiO2-NPs暴露损伤的干预提供实验基础和理论参考。　　研究方法：　　1.建立新生小鼠SiO2-NPs吸入暴露模型小鼠出生后随机分为四组，分别为对照组、SiO2-NPs低剂量组(SiO2-NPs10mg)、中剂量组(SiO2-NPs20mg)及高剂量组(SiO2-NPs50mg)。小鼠出生后第1天（Postnatal day1,P1）至P7，各剂量SiO2-NPs处理组小鼠每天进行SiO2-NPs（10,20或50 mg分别溶于3ml生理盐水）吸入暴露30min，对照组小鼠吸入暴露过滤空气与3ml生理盐水形成的气溶胶。　　2.P8时给小鼠腹腔注射5-溴脱氧尿嘧啶（5-Bromo-2’-deoxyuridine,BrdU）溶液（50mg/kg），2h后处死并收取脑和肺标本。检测各组小鼠体重、脑重。采用共聚焦显微镜扫描及HE染色检测肺组织中SiO2-NPs的分布及肺部炎症情况。　　3.用免疫组化方法检测分析 SiO2-NPs暴露后P8小鼠皮层糖皮质激素受体（Glucocorticoid receptor,GR）数量改变、小胶质细胞和星形胶质细胞数量及形态改变，并用ELISA试剂盒检测皮层炎症因子的表达水平，以观察SiO2-NPs暴露对皮层炎症反应及应激的影响。　　4.采用免疫组织化学技术检测离子钙接头分子蛋白1（Ionized calcium binding adapter molecule1，Iba1）标记的小胶质细胞数量，RT-qPCR检测炎症相关基因在mRNA水平的表达；检测BrdU标记的增殖细胞的数量、性别决定相关HMG盒2（Sry-related HMG box2，Sox2）标记的神经前体细胞的数量及Sox2与胶原纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein，GFAP）双重标记的放射状胶质细胞的数量，以明确SiO2-NPs暴露对发育关键期海马齿状回神经发生的影响。　　5.将中剂量组(SiO2-NPs20mg)与对照组小鼠饲养至成年进行行为学检测以观察出生后发育关键期SiO2-NPs暴露对小鼠远期行为的影响。采用三箱社交实验检测SiO2-NPs暴露组小鼠与对照组小鼠的社会交往行为及社交新奇性偏好；采用旷场实验检测小鼠活动能力；采用高架十字迷宫及明暗箱实验检测SiO2-NPs暴露是否会导致小鼠成年后出现焦虑样行为；采用新物体识别实验检测SiO2-NPs暴露对小鼠的短期认知记忆功能是否有影响；采用悬尾实验与强迫游泳实验检测SiO2-NPs暴露是否会导致小鼠出现抑郁样行为。　　研究结果：　　1.新生期SiO2-NPs暴露导致小鼠皮层应激及炎症反应　　（1）P8小鼠大脑皮层GR免疫组织化学染色结果表明，SiO2-NPs高剂量组GR阳性细胞数量较对照组显著增多（P＜0.05），而SiO2-NPs低剂量组GR阳性细胞数量较对照组增多但未达显著的统计学差异（P＞0.05）。　　（2）P8小鼠大脑皮层Iba1免疫组织化学染色结果表明，SiO2-NPs低剂量组（P＜0.05）与SiO2-NPs高剂量组（P＜0.01）皮层Iba1标记的小胶质细胞数量均较对照组显著增多。　　（3）P8小鼠大脑皮层GFAP免疫组织化学染色结果表明，SiO2-NPs高剂量组GFAP阳性细胞数量较对照组（P＜0.01）和SiO2-NPs低剂量组（P＜0.05）明显增多，SiO2-NPs低剂量组则与对照组GFAP阳性细胞数量无显著差异（P＞0.05）。　　（4）P8小鼠大脑皮层ELISA检测结果显示，SiO2-NPs低剂量组（P＜0.05）、高剂量组（P＜0.01）的皮层TNF-α表达均较对照组上调；SiO2-NPs高剂量组的皮层IL-6表达较对照组明显升高（P＜0.05）而SiO2-NPs低剂量组皮层IL-6表达升高较对照组不显著（P＞0.05）；SiO2-NPs高剂量组、SiO2-NPs低剂量组小鼠皮层IL-1β的表达均较对照组升高，但未达统计学差异（P＞0.05）。　　2.新生期SiO2-NPs暴露抑制海马神经前体细胞增殖　　（1）新生期SiO2-NPs暴露对小鼠脑重及体重无明显改变。SiO2-NPs暴露后肺组织可见炎性细胞浸润，部分SiO2-NPs被肺巨噬细胞吞噬。　　（2）SiO2-NPs暴露组小鼠海马Iba1标记的小胶质细胞数量及NF-κB表达量均较对照组明显增多（P＜0.05）。SiO2-NPs中、高剂量组小鼠海马TNF-α表达量较对照组增多（P＜0.05），SiO2-NPs低剂量组小鼠海马TNF-α表达量较对照组增多但未达统计学差异（P>0.05）。　　（3）BrdU免疫组织化学染色结果表明，SiO2-NPs低剂量组小鼠齿状回BrdU+细胞数与对照组无显著统计学差异，而随暴露剂量增加，SiO2-NPs中剂量组、高剂量组小鼠齿状回BrdU+细胞数量较对照组显著减少（P＜0.05）。　　（4）Sox2免疫荧光染色结果表明，与对照组相比，Sox2标记的齿状回颗粒细胞层（含颗粒下区）神经干/早期前体细胞数量在SiO2-NPs暴露组中均明显减少（P＜0.05）；Sox2与GFAP双重标记免疫荧光染色结果表明，SiO2-NPs暴露组中Sox2与GFAP双标阳性细胞数量显著少于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。　　3.新生期SiO2-NPs暴露导致小鼠成年社交新奇性偏好降低　　（1）三箱社交实验结果显示，SiO2-NPs20mg暴露组小鼠在社交实验第一阶段社交偏好系数与对照组差异不显著（P＞0.05），而在社交实验第二阶段偏好系数较对照组显著降低（P＜0.05）。　　（2）新物体识别实验结果显示新生时期SiO2-NPs20mg暴露组小鼠成年后对新物体的辨识度和总探索时间与对照组均无显著差异（P＞0.05）。　　（3）旷场实验结果显示SiO2-NPs20mg暴露组与对照组小鼠在总体运动路程及中央区域运动时间上无显著差异（P＞0.05）；高架十字迷宫结果显示SiO2-NPs暴露组小鼠在开臂停留的时间显著低于对照组（P＜0.05），进入开臂次数则与对照组无显著差异（P＞0.05）；明暗箱检测结果显示SiO2-NPs20mg暴露组与对照组小鼠在明箱时间和箱体穿梭次数上均无显著差异（P＞0.05）。　　（4）SiO2-NPs暴露组小鼠和对照组小鼠在强迫游泳和悬尾实验中的不动时间并无显著的统计学差异（P＞0.05）。　　研究结论：新生期SiO2-NPs暴露可抑制小鼠海马神经前体细胞增殖，引起海马及皮层炎症反应，并导致小鼠成年后社交新奇性识别功能受损以及轻微焦虑样行为。