金属氧化物纳米颗粒与钙钛矿纳米膜慢性暴露诱导神经行为与组织病理毒性比较研究及其氧化应激机制

本研究针对纳米颗粒（NPs）广泛应用背景下其神经毒性机制不明的问题，系统评估了二氧化硅（SiO2）、氧化镍（NiO）、氧化钴（Co3O4）和钙钛矿纳米膜慢性暴露对小鼠神经行为与脑组织的影响。结果表明所有NPs均能诱发焦虑抑郁样行为、记忆损伤及神经元退行性病变，并伴随诱导型一氧化氮合酶（iNOS）高表达介导的硝化/氧化应激。其中钙钛矿纳米膜毒性最强，Co3O4次之。该研究为纳米材料安全性评价提供了重要毒理学依据。

　　

随着纳米技术在医疗、工业、农业及能源领域的广泛应用，纳米颗粒（NPs）的生物安全性问题日益引发关注。尽管二氧化硅（SiO₂）、氧化镍（NiO）、氧化钴（Co₃O₄）和钙钛矿纳米膜等材料在药物递送、催化反应和太阳能电池中展现出巨大潜力，但它们对中枢神经系统的潜在毒性机制仍不明确。尤其令人担忧的是，这些纳米颗粒能够通过血脑屏障（BBB），在大脑中积累并诱发氧化应激、炎症反应甚至神经元死亡，进而可能导致认知功能障碍和神经退行性疾病。

为系统评估不同类型NPs的神经毒性效应，Bashir Jararr团队在《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》发表了最新研究成果。该研究通过综合行为学测试、组织病理学分析和免疫组化技术，揭示了慢性暴露于四种NPs后小鼠神经行为与脑组织结构的显著改变。

研究采用成年雄性BALB/c小鼠模型，通过35天腹腔注射方式暴露于SiO₂ NPs（2 mg/kg）、NiO NPs（25 mg/kg）、Co₃O₄ NPs（2 mg/kg）和钙钛矿纳米膜（0.37 mg/kg）。关键技术方法包括：①八项神经行为学测试（高架十字迷宫、明暗箱、洞板、尾悬吊、强迫游泳、多径向迷宫、Morris水迷宫和大理石埋藏实验）；②脑组织H&E染色病理学评估；③iNOS免疫组化分析硝化应激水平；④半定量组织病理评分系统（0-18分）量化损伤程度。

3.1 组织学变化

研究发现NPs暴露导致前额叶皮层、海马CA3区、齿状回和小脑皮层出现不同程度的神经元损伤。SiO₂ NPs组主要表现为神经元收缩、核固缩和神经吞噬现象；NiO NPs组显示血管充血和浦肯野细胞核固缩；Co₃O₄ NPs组出现显著神经元缩缩和神经空泡化；而钙钛矿纳米膜组损伤最为严重，表现为弥漫性胶质增生、神经元坏死、海绵样变和血管周围水肿。

组织病理评分显示损伤严重度依次为：钙钛矿 > Co₃O₄ > NiO > SiO₂ NPs。

3.1.3 免疫组化改变

iNOS免疫反应强度与NPs毒性程度正相关。钙钛矿组呈现强阳性反应，Co₃O₄和NiO组为中度阳性，SiO₂组仅轻度阳性。

形态计量学分析显示所有脑区iNOS表达面积百分比均显著升高，表明NPs暴露引发了硝化应激及后续氧化应激。

3.2 行为学改变

3.2.1 焦虑诱导

高架十字迷宫测试中，钙钛矿和NiO NPs组焦虑指数最高；明暗箱实验进一步证实NPs暴露显著增加焦虑样行为。

3.2.2 应激诱导

洞板实验显示NPs处理组 rearing行为（直立探索）和中心区域探索显著减少，应激指数升高，表明运动功能受损和应激反应增强。

3.2.3 抑郁加重

尾悬吊和强迫游泳测试中，NPs组表现为不动时间延长、游泳时间缩短，抑郁指数显著升高，其中钙钛矿组效应最显著。

3.2.4 记忆功能影响

多径向迷宫和Morris水迷宫测试表明，所有NPs组参考记忆指数（RMI）和工作记忆均受损，逃避潜伏期延长，空间学习能力下降。

3.2.5 强迫症样行为

大理石埋藏测试显示NPs组埋珠数量减少，强迫- obsessive指数（COI）改变，提示 compulsive样行为异常。

本研究结论表明，慢性NPs暴露通过诱导iNOS介导的硝化/氧化应激 cascade，导致神经元损伤和多种神经行为异常。毒性强度排序为：钙钛矿纳米膜 > Co₃O₄ NPs > NiO NPs > SiO₂ NPs。该发现不仅揭示了NPs神经毒性的共同机制，还为纳米材料的安全设计提供了关键毒理学依据。值得注意的是，尽管钙钛矿材料在能源领域应用前景广阔，但其显著的神经毒性提示需严格评估其生物安全性。未来研究应聚焦于：①建立更贴近人类暴露方式的给药模型；②纳入雌性动物评估性别差异；③深入探索NPs穿越血脑屏障的具体分子机制。这些工作将推动纳米毒理学的快速发展，并为纳米材料的理性设计提供重要指导。