纳米二氧化钛(TiO2)是一种不易燃烧的无味白色粉末，以各种形式存在，如锐钛矿型、金红石型以及板钛矿型。该材料具有高度稳定、防腐蚀、高效光催化等特性，常被作为一种着色剂广泛应用于化妆品、医药以及涂料工业。随着纳米技术的发展，越来越多的纳米粒子被释放到环境中。其颗粒具有较大的比表面积，小尺寸效应导致纳米TiO2的生物毒性不同于常规粒子。近来，纳米粒子对人类和环境的影响已经引起科学研究者的关注。肝脏是机体主要的糖、脂肪、蛋白质、维生素和激素等物质的代谢器官，具有丰富的血液供应和储备以及独特的形态结构，而且还具有分泌、排泄和生物转化等重要功能。除此之外，肝脏在重金属解毒过程中也起着非常重要的作用。纳米TiO2对肝脏损伤的分子作用机制等问题尚未得到深入的研究。鉴于此，本文将分别以不同剂量连续腹腔注射两周，以及连续灌胃30天、60天、90天两种染毒方式研究纳米TiO2对ICR小鼠肝脏的作用，探讨引起肝脏炎症的分子机制。通过本文的研究，可从分子水平上深入地了解纳米材料的应用对人体健康可能带来的毒副作用，进一步推动纳米材料在生物医药领域的应用和发展。论文结果如下：1.对ICR小鼠进行连续两周腹腔注射纳米TiO2（5nm，0，10，50，100，150mg/kg BW）和体相TiO2（150mg/kg BW），实验结果如下：1.1在各器官中钛的累积量由高到低的顺序是肝>肾>脾>肺>脑>心脏（P <0.05），说明纳米TiO2主要积累于肝脏、肾脏和脾脏中。各器官中钛的积累与器体比的改变、器官的损伤密切相关。小鼠血清生化指标异常：中高剂量纳米TiO2(50,100,150mg/kg BW)处理后，肝碱性磷酸酶(ALP)，丙氨酸转氨酶(ALT)，亮氨酸氨基肽酶(LAP)，假性胆碱酯酶(PChE)，总蛋白(TP)和白蛋白(ALB)六项指标显著高于对照组(P <0.05或P <0.01)；随着纳米TiO2处理剂量的增加，小鼠肾脏功能相关血清生化指标肌酐(Cr)逐渐增加，血清Ca和血清P含量与对照比未达显著差异(P>0.05)， UA和BUN随处理剂量的增加逐渐下降；中高剂量处理组小鼠血清肌酸激酶(CK)，乳酸脱氢酶(LDH)，天冬氨酸转氨酶(AST)和-羟丁酸脱氢酶(HBDH)活性明显增加(P <0.05或P <0.01)；总胆固醇(TCHO)、三酰甘油(TG)，葡萄糖(GLU)，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)浓度逐渐增加(P <0.05)，说明血糖及血脂代谢异常。1.2纳米TiO2可造成小鼠肝脏病理性改变，通过病理切片可以观察到炎症细胞浸润，肝细胞肿胀，空泡化，弥散性嗜酸性变，血管内有淤血。通过透射电镜可进一步观察到中高剂量处理组染色质固缩、分布不均匀，线粒体肿胀、空泡化，细胞内出现凋亡小体。1.3与同剂量微米级TiO2（10-15m）相比，纳米TiO2（5nm）引发的肝脏炎症更严重。出现的血清生化指标改变、病理和细胞亚结构变化、细胞因子表达的变化与对照组相比更明显。1.4纳米TiO2造成肝脏损伤的原因之一是体内氧化还原系统的失衡。中高剂量纳米TiO2处理后，ROS（如O2，H2O2）积累明显加快，膜脂过氧化明显加重(P <0.01)；超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），抗坏血酸过氧化物酶（APx），谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）活性受到了显著的抑制，还原型谷胱甘肽（GSH）和抗坏血酸水平、GSH/GSSG和AsAH/AsA比值随处理剂量升高而降低（P <0.05或P <0.01）。由于抗氧化酶活性受到抑制，并减慢了抗氧化剂的氧化还原循环，肝脏对于ROS的清除能力下降，导致ROS大量积累，肝脏受到氧化胁迫而发生损伤。1.5纳米TiO2不仅可以随循环系统进入动物肝脏，还可以穿过核膜结合到肝DNA上。通过一系列的光谱检测，发现Ti4+可以插入到DNA碱基对中，结合到核苷酸上造成DNA收缩而产生减色效应，二级结构发生明显的改变。纳米TiO2可以与核酸中的O原子或者P原子结合，同时可以和DNA碱基对中的N原子配对，化学键长分别为1.87和2.38。纳米TiO2与DNA的结合可改变遗传信息的传递，在高剂量组还观察到了DNA的断裂。这些都可以造成肝脏的损伤。2对ICR小鼠进行连续30天灌胃（0，62.5，125，250mg/kg BW纳米TiO2），实验结果如下：纳米颗粒可以通过血液循环到达各大主要脏器，由于全身血液均需流经肝脏，导致肝脏所受影响最为明显。随着纳米TiO2处理浓度的逐步增加，各实验组小鼠血液中的下列指标：白细胞总数（WBC）、红细胞总数（RBC）、血红蛋白（HGB）、平均红细胞血红蛋白浓度（MCHC）、血小板压积（PCT）和网织红细胞（Ret）逐渐减少，而红细胞平均体积（MCV）、平均红细胞血红蛋白含量（MCH）、血小板总数（PLT）、红细胞比积（HCT）、血小板平均体积（MPV）逐渐增加。250mg/kgBW纳米TiO2处理组以上各参数与对照组相比均存在显著性差异（P <0.05或P <0.01）。血液指标的变化显示，长时间接触纳米TiO2可能使小鼠因急性反应出现内出血、骨髓造血功能低下，最终导致贫血。PLT、MPV的增加说明纳米TiO2对小鼠凝血功能有影响。RBC、HGB的减少使血液携氧量下降，可能降低小鼠的新陈代谢以及免疫反应。自然杀伤细胞（NK）的百分比、T淋巴细胞各亚群（包括CD3、CD4、CD8）百分比、B淋巴细胞百分比下降，CD4+/CD8+比值下降；IL-2分泌减少，血清中IgM水平明显下降，说明小鼠免疫功能受到了抑制。3对ICR小鼠进行连续60天灌胃（0，5，10，50mg/kg BW纳米TiO2），实验结果如下：纳米TiO2可以活化肝脏kupffer细胞，上调细胞因子如TNF-α从而激活NF-κB信号通路。多个促炎性细胞因子表达上调，如：巨噬细胞移动抑制因子(MIF)，肿瘤坏死因子-α (TNF-α)，白细胞介素-6(IL-6)，白细胞介素-1β(IL-1β)，C反应蛋白(CRP)，白细胞介素-4(IL-4)，白细胞介素-10(IL-10)的基因和蛋白表达量。促炎-抑炎平衡被打破，引发炎症级联效应。正是通过这样的信号通路（如改变TLRs以及炎性细胞因子的表达）降低了免疫能力，造成肝脏损伤。4对ICR小鼠进行连续90天灌胃（0，10mg/kg BW纳米TiO2）后，以全基因表达谱为背景，对小鼠肝RNA进行了微阵列分析测试，结果显示：1035个基因发生显著变化，其中745个基因涉及代谢过程、细胞通讯、免疫反应、细胞周期、凋亡和转运等等关键生理过程。代谢过程中差异化表达基因最为集中，为394个，所占百分比为52.2%，其中254个基因上调，140个基因下调。脂质代谢过程差异表达基因为96个，涉及“生物氧化”，“胆固醇生物合成”，“内源性固醇”，“脂类及脂蛋白代谢”等通路。免疫系统差异表达基因共98个，59个基因上调，39个基因下调。 Cfd是“固有免疫信号”通路差异表达的基因之一，它的显著下调可使补体激活下降，固有免疫应答下调。与细胞凋亡有关的基因也出现差异表达，28个上调，9个下调。上调的Axud1可以上调Axin的表达，从而激活凋亡相关的信号通路，开启细胞凋亡的过程。综上，肝脏是纳米TiO2进入小鼠机体后积累和损伤的主要器官，作用机制包括氧化胁迫，炎症瀑布级联效应，DNA损伤，免疫功能异常和多基因共同作用等。