研究背景:随着雾霾问题的日益严重,雾霾对人类健康的影响受到了普遍关注。雾霾是由空气颗粒物和雾结合而成,其中空气颗粒物的健康危害问题备受人们关注。颗粒物对健康的影响包括使心血管系统和呼吸系统发病率的增加,病症的加剧,预期寿命大为缩短。已有研究报导,吸入超细颗粒物更容易透过肺气血屏障,随血液循环沉积在各组织脏器中,对健康的危害更大。超细颗粒物又可称为纳米颗粒物,在空气颗粒物中占有较大比重。随着纳米材料在工业和日常生活中的广泛应用,大大提高了人们暴露于纳米颗粒物的几率。由于冬季气压低,不利于空气流动,城市雾霾问题更为严重,此时较多的纳米颗粒物漂浮于空气中,更易随冷空气吸入体内。尽管目前关于纳米颗粒物的健康危害研究不断深入,但关于纳米颗粒物影响脂肪的研究尚未见报道。脂肪分为棕色和白色脂肪,棕色脂肪是专属的非寒颤产热器官,在能量代谢中发挥重要作用,白色脂肪则主要储备脂质,脂肪组织也是冬季维持体温和产热的主要器官。脂肪组织的功能异常与肥胖等代谢性疾病的发生关系密切,尤其是对白色/棕色脂肪组织重塑和代谢的影响有待研究。本研究以纳米SiO₂颗粒作为超细颗粒物代表,探讨大气中纳米SiO₂颗粒对寒冷诱发大鼠白色/棕色脂肪组织重塑的影响及其机制,为进一步揭示冬季雾霾天气对人类健康的潜在危害提供理论依据,也可为肥胖等代谢性疾病的发生发展提出可能的机制。研究目的:1.研究纳米SiO₂对寒冷诱导白色和棕色脂肪组织相互转化的影响;以及对分泌和代谢功能的影响,并初步探讨其在肥胖等代谢性疾病发生发展中的作用。2.研究纳米SiO₂复合寒冷刺激对脂肪组织炎症反应的影响;初步探讨炎症与白色和棕色脂肪重塑的关系。研究方法:1.整体动物试验:将成年的雄性SD大鼠,随机分为4组:对照组、纳米SiO₂（Nano-SiO₂）染毒组、冷暴露组和纳米SiO₂与冷复合组（n=7）。对NanoSiO₂染毒组和复合组一次性气管滴注纳米SiO₂悬液,而对照组和冷暴露组滴注溶剂（PBS）,然后对冷暴露组和复合组进行4℃、4小时/天,共4周的冷暴露处理。组织病理学检测:苏木精-伊红染色后,光学显微镜观察大鼠肺、附睾周围白色脂肪和肩胛间棕色脂肪组织改变,并用透射电子显微镜观察白色和棕色脂肪超微结构变化。相关基因表达检测:用Trizol试剂提取白色和棕色脂肪组织的总RNA,然后逆转录为c DNA,利用实时荧光定量PCR技术检测基因表达。ELISA实验,测定血清中的炎性因子水平。2.体外细胞实验:通过原代培养大鼠附睾周围白色脂肪细胞,诱导成熟后用油红O染色法鉴定细胞。MTT实验检测不同浓度染毒和（或）31℃低温处理对细胞活性的影响,从而确定后续实验的染毒浓度。将白色脂肪细胞接种于两块六孔板中,并分为4组:对照组、纳米SiO₂（Nano-SiO₂）染毒组、低温组、纳米SiO₂与低温复合组。对培养的处于对数生长期的白色脂肪细胞,染毒组进行100ug/ml的Nano-SiO₂染毒,低温组进行31℃低温处理,复合组同时进行100ug/ml的Nano-SiO₂染毒和31℃低温处理48小时,对照组更换新培养液后继续正常培养。利用荧光定量PCR的方法检测促炎症性细胞因子（白介素1β、6、8和肿瘤坏死因子-α）,以及白色脂肪细胞和棕色脂肪细胞标志性基因、相关分泌代谢基因（瘦素、脂联素）的变化。研究结果:1.纳米SiO₂和冷复合暴露对大鼠整体以及脂肪组织变化影响:体重增加量,冷暴露组大鼠体重显著减少,而同样进行了冷暴处理的复合组（Nano-SiO₂+冷）,大鼠体重增加与对照组和Nano-SiO₂染毒组差异无统计学意义;对照组、NanoSiO₂染毒组、冷暴露组、纳米SiO₂与冷复合组的大鼠肩胛间BAT的脏器系数分别为（0.115±0.015）%,（0.091±0.018）%,（0.164±0.038）%,（0.136±0.017）%,冷暴露组显著高于其他各组。白色和棕色脂肪的病理检测,冷暴露组细胞中有更多的细胞器且结构更加致密,而其他几组都没有此改变;透射电镜观察,冷暴露组的脂肪细胞中线粒体大而圆,数量也相对更多,而其他几组没有这种改变,Nano-SiO₂组和复合组的棕色脂肪细胞中有颗粒物的出现。荧光定量PCR检测,冷暴露组白色脂肪和棕色脂肪中的棕色脂肪特异性基因（UCP1、PGC-1α）表达显著上调,白色脂肪特异性基因（Dpt、Hoxc9）相对表达下调,复合组并没有这种表现。冷暴露组白色脂肪分泌代谢基因（LEP、ADPN、AMPK）表达均有显著上调,而复合组表达与对照组相比无统计学差异。2.纳米SiO₂和冷对大鼠炎症反应影响:肺的组织病理学检测,几组都出现了炎症反应,但Nano-SiO₂组和纳米SiO₂与冷复合组炎症反应更明显,而且复合组的炎症反应更强,甚至有肺实变的出现;白色和棕色脂肪中的促炎症性细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α）表达,Nano-SiO₂组有上调趋势,纳米SiO₂与冷复合组显著上调且有统计学差异;血清中的促炎症性细胞因子IL-8,纳米SiO₂与冷复合组浓度（9.91±1.06）ng/L显著高于其他各组（6.98±0.93,7.38±1.04,6.97±1.17）ng/L,TNF-α浓度复合组（80.50±8.02）ng/L显著高于对照组（73.92±4.97）ng/L,复合组的促炎症性细胞因子IL-6浓度有上调的趋势。3.纳米SiO₂和低温对白色脂肪细胞毒性效应:白色脂肪细胞经低温染毒处理48h,低温或染毒抑制细胞活性,复合对细胞活性抑制更明显,随染毒浓度的增加抑制也更明显;Nano-SiO₂染毒组白色脂肪细胞的促炎性细胞因子的基因表达均有显著上调,低温组有表达上调的趋势,而复合组的基因表达上调最为明显且具有统计学差异。4.纳米SiO₂和低温对白色脂肪细胞棕色化影响:白色脂肪细胞经处理,低温组白色脂肪特异性基因表达下调,棕色脂肪特异性基因均表达上调,Nano-SiO₂染毒与低温的结果相反,而这两因素复合时低温的效果显著受到了抑制;NanoSiO₂染毒组的白色脂肪细胞LEP表达与对照组无明显差异,而低温组表达显著升高,复合后表达有所下降;Nano-SiO₂有使白色脂肪细胞ADPN基因表达下调的趋势,低温使其显著下调,复合后下调最为明显。研究结论:寒冷暴露一定时间后减少大鼠体重增长,刺激BAT的生成和WAT棕色化,但吸入纳米SiO₂颗粒后显著抑制脂肪组织对寒冷感知应答效应,加重机体的炎症反应,显著影响寒冷诱发棕色脂肪和白色脂肪特异性基因表达、以及分泌代谢基因表达变化。纳米SiO₂颗粒引起白色脂肪细胞毒性反应,复合低温处理后明显加重毒性作用;纳米SiO₂颗粒显著抑制低温促进白色脂肪细胞的棕色化和分泌功能;纳米SiO₂颗粒染毒导致白色脂肪细胞炎性因子基因表达增加,显著抑制低温诱导分泌产热基因表达增加的效果。进一步提示纳米SiO₂颗粒钝化寒冷诱发的棕色/白色脂肪重塑现象,对脂肪组织的产热与分泌功能具有潜在影响。