FOXO3a-ChK2/XRCC1在纳米二氧化钛诱导的DNA损伤修复中的作用研究

纳米二氧化钛作为一种新型材料而被广泛应用，最近被IARC确认为人类可疑致癌物，但其致癌机制不清。在国家自然科学基金资助下前期研究发现，纳米二氧化钛可诱导GADD153和45启动子表达增加，并受XRCC1调控，提示XRCC1介导的修复过程参与了纳米二氧化钛诱导DNA损伤作用，但具体作用靶点和调控机制不清。本研究通过建立经气管染毒的小鼠模型和体外染毒BEAS-2B细胞模型，采用HCR、基因克隆、RNA干扰、激酶活性分析、ChIP等技术，探讨ChK2/XRCC1在二氧化钛所致DNA氧化损伤修复中的作用以及氧化损伤感应因子FOXO3a对ChK2/XRCC1信号的调控作用。本研究以FOXO3a-ChK2/XRCC1信号分子为切入点，探明纳米二氧化钛诱导的DNA氧化损伤修复过程中的关键调控因子，为今后以FOXO3a-ChK2/XRCC1为靶点预防和治疗纳米二氧化钛引起的健康损害提供理论依据。

本项目通过对纳米二氧化钛对机体DNA损伤作用的研究发现，纳米二氧化钛可通过呼吸道和消化道进入体内，并蓄积在肺、肝、肾等器官，诱导多种组织器官的DNA损伤作用，并抑制细胞的修复能力。进一步研究发现，纳米二氧化钛所导致的DNA损伤作用与其诱导的氧化损伤有关，其中氧化应激反应因子Nrf-2信号起着重要的调控作用，预防性给予抗氧化剂可有效的减少纳米二氧化钛所导致的DNA损伤作用。FOXO3a对氧化损伤具有较高的反应性，可被ROS激活，对机体起到保护作用。本研究结果表明，纳米二氧化钛虽然诱导活性氧增多，但FOXO3a和磷酸化的FOXO3a表达均下降，其下游的调控因子XRCC1、GADD45及ChK2表达也出现下降，表明纳米二氧化钛可通过抑制FOXO3a的表达和激活，阻止机体的抗氧化反应，抑制细胞的修复能力，进而导致机体出现氧化损伤。纳米二氧化钛处理FOXO3a高表达细胞株和低表达细胞株后，结果表明FOXO3a在纳米二氧化钛所致的DNA损伤中起着重要的调控作用。不同粒径的纳米二氧化钛对小鼠和体外培养细胞的DNA损伤作用不同，其中粒径较小的纳米二氧化钛诱导细胞的存活率较低，DNA损伤作用较严重，并对DNA修复的抑制作用较明显，其中的机制涉及粒径较小的纳米二氧化钛可导致较为严重的氧化损伤作用。.通过本项目研究证实，纳米二氧化钛所致的DNA损伤作用机制与Nrf-2介导的氧化损伤作用有关；FOXO3a信号介导了纳米二氧化钛介导的DNA损伤作用；不同粒径纳米二氧化钛所致的DNA损伤作用不同，其机制可能与氧化损伤有关。.本研究以FOXO3a信号分子为切入点，对纳米二氧化钛所致DNA损伤的分子机制进行深入研究，阐明FOXO3a信号分子在纳米二氧化钛所致DNA损伤修复中的作用，探明纳米二氧化钛诱导的DNA氧化损伤修复过程中的关键调控因子，为今后研究预防和治疗纳米二氧化钛引起的健康损害提供理论依据。