雄性大鼠经气管内滴注和鼻式吸入暴露后氟化钠的肺部毒性与生物分布

《Toxics》：Pulmonary Toxicity and Biodistribution of Sodium Fluoride in Male Rats Following Intratracheal Instillation and Nose-Only Inhalation Exposure

　　

摘要：在消费品和职业环境中，经呼吸道暴露于氟化钠（NaF）可能发生，但其肺毒性及全身生物分布仍未得到充分表征。本研究调查了大鼠经单次呼吸道暴露于NaF后的急性肺部炎症反应及生物分布动力学。研究人员将非放射性NaF以0.75、1.5或3.0 mg/只的剂量通过气管内滴注给予7周龄雄性Sprague-Dawley大鼠，并在第1、7和28天通过支气管肺泡灌洗液分析和组织病理学评估肺部反应。研究人员在给予氟-18放射性标记的氟化钠（[¹⁸F]NaF）后，采用正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）和器官γ计数评估生物分布。NaF诱导急性肺部炎症，表现为中性粒细胞和嗜酸性粒细胞增多、乳酸脱氢酶活性升高，以及肿瘤坏死因子-α和嗜酸粒细胞趋化因子水平增加。这些炎症反应在暴露后第7天和第28天逐渐消退。PET/CT分析显示NaF在肺部快速清除，同时伴随骨骼蓄积，并在给药后约30分钟内以尿液为主要排泄途径。这些研究结果表明，尽管NaF在肺部清除迅速，但单次呼吸道暴露可诱导急性但可逆的肺部炎症，并提示需要在重复或暴露相关条件下以及两性动物中进行评估，因为肺毒性仅在雄性大鼠中通过气管内滴注方式进行了评估。

论文解读：氟化钠经呼吸道暴露的肺毒性及生物分布研究

**1. 研究背景与必要性**

氟化物在地壳中含量丰富，广泛应用于医学、半导体制造、能源材料、光通信及液晶技术等领域。在公共卫生领域，氟化物因其防龋效果被纳入社区饮水氟化项目，但过量或长期暴露可导致氟斑牙、神经毒性和骨骼畸形等不良效应。世界卫生组织将饮用水中氟化物浓度限值设定为1.5 mg/L以平衡其健康风险与牙齿保健效益。氟化钠（NaF）是牙膏、漱口水等口腔护理产品中最常用的氟化物之一，消费者和职业人群可能通过使用含氟喷雾、气溶胶产品或在含氟环境中工作时吸入NaF。然而，目前关于吸入NaF的肺毒性及其全身生物分布的研究仍不充分。鉴于家用化学品安全性评估日益受到关注，尤其是可吸入制剂，开展NaF呼吸道暴露的毒理学研究具有重要的公共卫生和监管意义。

**2. 研究设计与技术方法**

研究人员在雄性Sprague-Dawley大鼠中进行了两项互补实验。首先，通过气管内滴注给予非放射性NaF（0.75、1.5、3.0 mg/只），在给药后第1、7、28天收集支气管肺泡灌洗液（BALF）并通过细胞学、生化指标（乳酸脱氢酶LDH、总蛋白）及促炎细胞因子（白细胞介素-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α、嗜酸粒细胞趋化因子、细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子-3）分析评估肺部炎症，同时进行肺组织苏木精-伊红染色组织病理学检查。其次，利用放射性示踪剂[¹⁸F]NaF（通过回旋加速器经¹⁸O(p,n)¹⁸F核反应合成，放射化学纯度≥99%）进行生物分布研究：分别通过气管内滴注（3.7 MBq/只）和鼻式吸入暴露（气溶胶质量中值空气动力学直径MMAD为0.70 μm，暴露浓度48.1 MBq/m³，每只大鼠接受0.74–1.11 MBq）两种途径给药，在5、30、60、90、120分钟时间点采用自动γ计数器和动态PET/CT成像（NanoScan系统）定量器官放射性分布，计算标准化摄取值（SUV）。动物实验经机构动物护理和使用委员会批准。

**3. 研究结果**

**3.1 急性肺部炎症（第1天）**
气管内滴注NaF后24小时，BALF中总细胞数和肺泡巨噬细胞数无显著变化，但中性粒细胞数在1.5和3.0 mg/只剂量组显著升高，嗜酸性粒细胞数在3.0 mg/只剂量组显著增加。LDH活性在≥0.75 mg/只剂量组显著升高，总蛋白水平在1.5 mg/只剂量组显著升高，呈剂量依赖性。促炎细胞因子中，嗜酸粒细胞趋化因子在3.0 mg/只剂量组显著升高，TNF-α在≥0.75 mg/只剂量组显著升高，均呈剂量依赖性。组织病理学仅见轻度肺泡和血管周围炎性细胞浸润，未见破坏性肺损伤。

**3.2 炎症的消退（第7天和第28天）**
在3.0 mg/只单次滴注后第7天，嗜酸性粒细胞计数仍显著升高，其他细胞学参数无显著变化；第28天所有BALF细胞学参数均恢复至基线水平。LDH和总蛋白水平在第7天轻度增加，随后恢复。促炎细胞因子水平在两个时间点均无明显变化。组织病理学在第7天和第28天未见明显病理性损伤。

**3.3 气管内滴注后[¹⁸F]NaF的生物分布**
γ计数显示，肺中[¹⁸F]NaF摄取在5分钟达到峰值（8.95 ± 5.72 %ID/g）后迅速下降，胫骨摄取逐渐增加，90分钟达最大值（4.20 ± 0.18 %ID/g）。PET/CT SUV分析证实肺SUV急剧下降，胫骨SUV稳步上升，膀胱SUV持续升高，提示尿液为主要排泄途径。肝、胃、肠道等器官保持低水平摄取。

**3.4 鼻式吸入暴露后[¹⁸F]NaF的生物分布**
吸入暴露后，肺中[¹⁸F]NaF水平持续低且稳定，胫骨和胃肠道摄取随时间增加，膀胱SUV上升，肾脏有一过性摄取。PET/CT图像显示早期胃部放射性、随后肠道分布、骨骼逐渐累积和膀胱充盈。以上结果表明吸入的[¹⁸F]NaF快速进入体循环，优先沉积于骨骼和胃肠道，经肾脏排泄，肺内滞留极少。

**4. 讨论与结论**

研究人员指出，NaF诱导的急性肺部炎症以中性粒细胞和嗜酸性粒细胞浸润为特征，伴随LDH和总蛋白升高，提示细胞毒性和肺泡-毛细血管屏障通透性增加。BALF分析比常规组织病理学更敏感，因此炎症反应在组织学上表现轻微。嗜酸性粒细胞增多可能与损伤细胞释放嗜酸粒细胞趋化因子及TNF-α介导的活性分泌有关。NaF通过增加NADPH氧化酶4（NOX4）来源的活性氧，激活p53/死亡受体5（DR5）通路和线粒体功能障碍，导致细胞凋亡和炎症介质释放。这种急性炎症在暴露后28天内完全消退，表明单次暴露引起的反应是可逆的。相比之下，重复口服NaF可导致大鼠肺部进行性不可逆改变，如肺泡间隔增厚、纤维化和结构重塑，提示反复吸入可能造成类似损伤，但需专门研究验证。

[¹⁸F]NaF从肺部快速吸收并优先沉积于骨骼，与人体的生物分布特征一致，支持肺作为全身氟吸收的有效途径。气管内滴注与鼻式吸入的生物分布差异反映了暴露途径和采样时间的不同，吸入数据仅代表暴露后分布阶段。研究存在局限性：仅使用雄性大鼠，未评估性别差异；吸入研究的最终样本量较小（n=3）；气溶胶粒径（0.70 μm）可能导致部分颗粒沉积于上呼吸道，经吞咽进入胃肠道；肺毒性仅通过滴注评估，未采用真实吸入暴露。尽管实验剂量（3 mg/只）高于典型职业暴露限值，但结合饮水、牙膏等日常暴露，综合吸入和口服途径可能增加全身氟负荷。未来需在重复暴露和两性动物中开展研究，并在人体健康风险评估中纳入现实联合暴露场景。

**研究结论**：来自消费品和某些职业环境的NaF吸入暴露是现实情景，但现有毒性和生物分布数据不足以评估相关健康风险。本研究中，气管内滴注NaF诱导显著但可逆的中性粒细胞和嗜酸性粒细胞炎症，可能与细胞毒性驱动的TNF-α和嗜酸粒细胞趋化因子释放有关，提示重复或高浓度暴露可能促成嗜酸性粒细胞相关气道炎症。[¹⁸F]NaF的PET/CT成像和生物分布研究表明，气管内滴注后NaF在肺部快速清除并优先沉积于骨骼，而鼻式吸入研究显示暴露后全身分布，肺内滞留低，骨骼和排泄器官累积。由于吸入测量仅在暴露期结束后开始，两种暴露途径的直接动力学比较应谨慎解读。尽管实验剂量高于典型每日人体暴露量，但吸入和口服联合暴露可能增加全身氟负荷，对肺和全身毒性具有潜在影响。未来人体健康风险评估应纳入现实联合暴露场景，以更准确估计靶器官中的氟累积及相关毒性。