研究目的:本研究旨在从代谢组学角度探索CdTe/ZnS量子点(quantum dots,QDs)暴露小胶质细胞中糖代谢异常和细胞毒性产生机制,探讨糖代谢改变的毒理学意义。研究方法:1)应用电化学合成法制备CdTe/ZnS QDs,对CdTe/ZnS QDs荧光、粒径进行表征并与裸核CdTe QDs进行比较。比较两种QDs对小胶质细胞活力的毒性损伤作用。2)小鼠经尾静脉注射CdTe/ZnS QDs,通过Cd和荧光定量分析经尾静脉暴露的CdTe/ZnS QDs在小鼠脑和其它脏器中的分布情况,验证CdTe/ZnS QDs能够进入脑组织,产生神经毒性。3)根据CdTe/ZnS QDs体内分布设置暴露浓度(1.25μM)和时间(12 h内)。通过气相色谱-质谱分析平台筛选经CdTe/ZnS QDs暴露后小胶质细胞内与QDs神经毒性相关的代谢通路改变。使用细胞能量分析验证小胶质细胞糖代谢、氧化磷酸化代谢差异。通过活性氧水平、谷胱甘肽水平、DNA损伤水平、细胞器损伤验证等细胞毒性反应验证其它差异代谢通路。4)使用免疫荧光分析经CdTe/ZnS QDs暴露后小鼠脑内小胶质细胞激活水平、神经元数量变化,验证CdTe/ZnS QDs的神经毒性。通过体外小胶质细胞-神经元共培养模型验证小胶质细胞激活对神经元的继发细胞毒性。体内和体外检测暴露后海马组织和小胶质细胞mTOR通路相关蛋白表达水平。比较mTOR抑制剂预处理有无对CdTe/ZnS QDs暴露引起的小胶质细胞激活、炎性因子分泌、细胞糖代谢、神经元继发损伤等神经毒性反应的影响。研究结果:1)CdTe/ZnS QDs呈球形,晶格结构明显,粒径为5.7±0.8 nm,水合粒径为8.57±2.60nm,分散性良好。相比于裸核CdTe QDs(613 nm),CdTe/ZnS QDs荧光发射(655 nm)红移至近红外区,更适合生物成像。CdTe/ZnS QDs对小胶质细胞毒性显著低于裸核CdTe QDs。2)在小鼠经尾静脉注射暴露CdTe/ZnS QDs 3 h后,脑中CdTe/ZnS QDs分布水平达到峰值,其中海马组织中分布水平最高(1.25μM)。CdTe/ZnS QDs能进入脑组织并在脑组织中成像,效果优于裸核CdTe QDs。CdTe/ZnS QDs在小鼠体内12 h分布结果表明,CdTe/ZnS QDs进入血循环后1 h内逐渐进入各脏器,肝、脾浓度最高。暴露6 h后各脏器中CdTe/ZnS QDs可逐渐转移至肾脏,排泄出体外。12 h后绝大多数CdTe/ZnS QDs已排出体外,但各脏器中仍有少量蓄积。3)基于体内分布结果设置体外暴露条件,BV-2细胞经1.25μM CdTe/ZnS QDs暴露3 h、6 h、12 h后,CG-MS检测平台识别出了287种小分子代谢物。最终筛选出了11条稳定存在且可能与CdTe/ZnS QDs神经毒性机制相关的差异代谢通路,主要涉及糖代谢、谷胱甘肽代谢、核酸代谢、脂代谢和主动运输。经验证,CdTe/ZnS QDs暴露后,小胶质细胞内糖代谢由有氧氧化向无氧氧化转变;细胞内活性氧水平随暴露时间升高,细胞还原型谷胱甘肽在暴露后代偿性升高,后逐渐耗竭;CdTe/ZnS QDs具有遗传毒性,暴露可引起小胶质细胞DNA损伤;细胞电镜观察发现CdTe/ZnS QDs进入胞体后可引起细胞内质网、核糖体、线粒体等亚细胞结构损伤。4)CdTe/ZnS QDs具有神经毒性,小鼠经尾静脉暴露CdTe/ZnS QDs后脑内海马区域小胶质细胞激活水平上升,神经元数量减少。CdTe/ZnS QDs暴露可激活小胶质细胞,炎性因子分泌水平升高,由激活小胶质细胞引起的间接细胞毒性与CdTe/ZnS QDs的直接细胞毒性之间为相加作用。CdTe/ZnS QDs暴露可引起小胶质细胞mTOR通路激活。使用mTOR抑制剂雷帕霉素预处理后再暴露CdTe/ZnS QDs,小鼠海马组织中M1型小胶质细胞减少,M2型数量变化小。BV-2细胞模型经雷帕霉素预处理再暴露CdTe/ZnS QDs后,糖代谢无氧氧化水平和有氧氧化水平恢复。细胞外促炎因子NO、TNF-α、IL-1β分泌减少,抑炎因子IL-6、IL-10水平影响较小。结论:CdTe/ZnS QDs具有神经毒性,在1.25μM暴露浓度下可引起小胶质细胞内一系列损伤和改变。暴露后小胶质细胞被极化,通过炎性因子对神经元细胞产生间接细胞毒性。经暴露的小胶质细胞内糖代谢由有氧氧化向无氧氧化转移,该过程受mTOR通路调控,是小胶质细胞向M1型分化的必要条件。本研究是填补了镉系QDs小胶质细胞毒性的研究空白,进一步完善了QDs神经毒性研究。