《Tissue and Cell》：Neuroprotective potentials of alpha-lipoic acid against multi-walled carbon nanotubes-induced neurotoxicity and behavioral deficits in male albino rats: Role of antioxidant and anti-apoptotic pathways
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本研究通过动物实验评估α-硫辛酸（ALA）对多壁碳纳米管（MWCNTs）诱导神经毒性的缓解作用。实验显示MWCNTs显著降低胆碱酯酶基因表达，引发脑组织炎症、氧化应激和神经元凋亡，而ALA通过抗炎、抗氧化和抗凋亡机制有效减轻上述毒性效应。
埃斯拉·埃马德·埃尔·迪恩（Esraa Emad El Dien）、亚斯敏·H·艾哈迈德（Yasmine H. Ahmed）、亚斯敏·阿萨德·曼苏尔（Yasmine Assad Mansour）、莫娜·卡米斯·加拉尔（Mona Khamis Galal）、玛哈·M·拉沙德（Maha M. Rashad）、巴斯玛·穆罕默德·巴维什（Basma Mohamed Bawish）、沙伊玛·侯赛因（Shaymaa Hussein）
开罗大学兽医学院细胞学与组织学系，吉萨12211，埃及
摘要
本研究探讨了α-硫辛酸（ALA）缓解多壁碳纳米管（MWCNTs）引起的神经毒性的潜力。将40只白化大鼠分为四组：对照组接受1%的Tween-80处理5天；ALA组接受200 mg/kg剂量的ALA处理10天；MWCNTs组接受0.5 mg/kg浓度的MWCNTs处理5天；MWCNTs + ALA组先接受0.5 mg/kg的MWCNTs处理5天，随后接受200 mg/kg的ALA处理10天。最后一次给药后24小时进行行为评估，随后对大鼠实施安乐死。采集脑组织样本进行生化、分子、组织学和免疫组织化学检测。结果表明，MWCNTs的处理导致大鼠出现神经行为改变和神经毒性，表现为脑部炎症、氧化应激增加和细胞凋亡。生化检测显示，MWCNTs显著降低了乙酰胆碱酯酶（AChE）基因的表达（大脑皮层、小脑皮层和海马区分别降低了0.45倍、0.52倍和0.45倍，P<0.05）。组织病理学检查发现大脑皮层、海马区和小脑的神经元发生退行性变化。免疫组织化学分析显示环氧化酶-2（COX-2）、caspase-3和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的免疫反应显著增强（P<0.05）。同时，ALA治疗减轻了MWCNTs引起的神经毒性。因此，ALA可能通过抗炎、抗氧化和抗凋亡机制缓解MWCNTs的神经毒性。
引言
纳米技术包括在至少一个纳米尺度上具有功能组织的材料和设备，具体范围为几纳米到约100纳米（十亿分之一米）。碳纳米管（CNTs）因其优异的固有特性而成为纳米材料中的重要成员，这些特性包括出色的导电性、极轻的重量、高的拉伸强度以及热稳定性和化学稳定性（Albini等人，2015年）。研究人员对CNTs表现出兴趣，因为它们在工业、农业、医学等多个领域有广泛应用（De Carvalho Lima等人，2018年；Francis等人，2018年；Perepelytsina等人，2018年）。CNTs分为两类：单壁碳纳米管（直径在0.8至2纳米之间）和多壁碳纳米管（MWCNTs，直径为10–11纳米）。这两种类型的CNTs都具有较大的表面积，并且易于进行化学修饰（?ner等人，2018年；Gazia和El-Magd，2019年）。
碳纳米管（CNTs），尤其是多壁碳纳米管（MWCNTs），在医学神经科学领域有多种应用，包括作为神经元生长和分化的基底（Chao等人，2010年）、药物载体（Keefer等人，2008年）以及电神经刺激。此外，由于CNTs能够穿透细胞膜，它们还被用于将遗传物质和药物输送到大脑中的神经元，以治疗神经退行性疾病和胶质瘤（Yang等人，2010年；Ren等人，2012年）。然而，CNTs对脑组织具有有害影响。体外研究表明，CNTs对胶质细胞、神经元和星形胶质细胞具有高度毒性（Rodriguez-Yanez等人，2013年）。在神经组织中，原始CNTs通过产生氧化应激和炎症引发神经毒性（Rasras等人，2019年；Sallam等人，2022b）。此外，许多体外研究显示CNTs具有神经毒性效应，如降低脑神经元活性（Belyanskaya等人，2009年）和抑制大鼠海马区CA1区域的谷氨酸能突触传递（Chen等人，2013年；Chen等人，2014年）。现代社会由于纳米颗粒的广泛使用，神经性疾病的发生率有所增加。因此，当前的主要挑战是开发一种能够穿过血脑屏障（BBB）并缓解神经障碍的有效保护策略。
α-硫辛酸（ALA，1,2-二硫烷-3-戊酸）是一种强效抗氧化剂，由肝脏和其他组织产生，是线粒体酶（如丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶）的重要辅因子（Evans和Goldfine，2000年；Ishida等人，2007年）。它在土豆、番茄、菠菜、山药、西兰花、胡萝卜、红肉和酵母中含量较低（Evans和Goldfine，2000年）。ALA被认为在中枢和周围神经系统中是一种重要的抗氧化剂，因为它能够穿透血脑屏障并恢复神经递质水平（Lynch，2001年；Arivazhagan等人，2002年）。此外，ALA可以减轻氧化应激引起的细胞凋亡并提高细胞活力（Santos等人，2011年；Tarquinio等人，2017年）。ALA还能中和活性氧（ROS），并恢复体内的多种抗氧化剂，如谷胱甘肽、维生素C和维生素E，这些都是MWCNTs引起的氧化损伤的主要靶标（Wollin和Jones，2003年）。
此外，ALA还具有神经保护作用，可通过减轻氧化损伤和tau蛋白病变来改善行为障碍（Zhang等人，2018年）。ALA缓解了暴露于双酚A的雄性小鼠的神经行为缺陷（Khan等人，2018年）。然而，在老年大鼠中，ALA补充剂反而加剧了空间记忆的衰退（Sinha等人，2016年）。因此，已经评估了外源性ALA作为多种神经退行性疾病治疗的有效性（Panigrahi等人，1996年；Sumathi等人，1996年）。这种强大的抗氧化剂常用于治疗多种神经性疾病，包括糖尿病性多发性神经病变（Grbovic等人，2016年）、中风和多发性硬化症（Wu等人，2016年）。
本研究的目的是探讨MWCNTs对成年雄性大鼠大脑的神经毒性机制。此外，这是首次利用行为学、生化、组织学和免疫组织化学分析来研究ALA通过其抗炎、抗氧化和抗凋亡特性缓解MWCNTs诱导的神经毒性的潜在效果。
化学试剂
α-硫辛酸（6006）（100 mg胶囊，Puritans’ Pride公司，美国）从埃及的Health Shop购买。Tween 80（9005–65–6）从Sigma-Aldrich公司购买。
多壁碳纳米管（MWCNTs）的特性
MWCNTs的形状如图2a所示。通过透射电子显微镜（TEM）数据分析测量了MWCNTs的尺寸，观察到其结构均匀，长度可达5微米，宽度为10–40纳米。
X射线衍射分析确定了MWCNTs的相组成。XRD图谱中显示出4个峰，分别位于2θ = 12.89°、25.78°、43.1°和53.2°（图2b）。2θ角为25.78°的显著衍射峰表明...
讨论
碳纳米管（CNTs）在工业中得到广泛应用，这引发了人们对它们对人类健康潜在影响的担忧。多项研究记录了CNTs对多种组织和细胞的神经毒性、细胞毒性、遗传毒性和免疫毒性作用（Portioli等人，2020年；Zhou等人，2022b）。这些研究主要集中在阐明CNTs引发毒性的机制上。然而，关于预防和管理CNTs毒性的信息仍然有限。
结论
人类和动物越来越多地接触到MWCNTs，这引发了对其潜在毒性的严重公共卫生担忧。这些有害影响表现为认知功能显著下降，AChE和GSH水平降低，MDA浓度升高。此外，COX-2基因过度表达，GPx基因下调。神经细胞也出现显著退化，同时COX-2的免疫反应增强...
局限性
本研究的局限性在于仅通过TEM和XRD进行了形态学和晶体结构的表征。一些对纳米毒理学重要的物理化学因素，如表面修饰、Zeta电位和颗粒分散性未得到研究。包含这些参数的后续研究将有助于更全面地理解观察到的生物学效应。
作者贡献声明
巴斯玛·穆罕默德·巴维什（Basma Mohamed Bawish）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析。沙伊玛·侯赛因（Shaymaa Hussein）：撰写——审稿与编辑、监督、方法学。莫娜·卡米斯·加拉尔（Mona Khamis Galal）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析。玛哈·M·拉沙德（Maha M. Rashad）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析。亚斯敏·阿萨德·曼苏尔（Yasmine Assad Mansour）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学。埃斯拉·埃马德·埃尔·迪恩（Esraa Emad El Dien）：撰写——
作者贡献
沙伊玛·侯赛因（Shaymaa Hussein）构思了研究方案并设计了实验方案。埃斯拉·埃马德·埃尔·迪恩（Esraa Emad El Dien）、亚斯敏·H·艾哈迈德（Yasmine H. Ahmed）和亚斯敏·阿萨德·曼苏尔（Yasmine Assad Mansour）进行了组织病理学和免疫组织化学分析并起草了手稿。莫娜·卡米斯·加拉尔（Mona Khamis Galal）和玛哈·M·拉沙德（Maha M. Rashad）进行了生化分析。巴斯玛·穆罕默德·巴维什（Basma Mohamed Bawish）进行了行为评估。所有作者均阅读、审阅并批准了最终版本的手稿。
伦理批准
所有实验程序、动物处理、采样和切片操作均符合2010年《实验室动物护理和使用指南》第八版（National Research Council，2010年）的要求，并获得了兽医机构动物护理和使用委员会（批准编号：Vet CU 08072023727）的批准。
参与同意
不适用
发表同意
不适用
资金支持
作者声明在准备本手稿期间未收到任何资金、资助或其他形式的支持。
利益冲突声明
作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。
