纳米材料诱导细胞自噬及其"双刃剑"作用

细胞自噬是细胞维持自身稳态的关键生物学过程。近年来,纳米材料诱发的细胞自噬效应及其生物学结局受到了研究人员的高度关注,成为纳米医学和纳米毒理学的重要研究方向。一方面,纳米材料诱发的自噬效应可作为纳米药物发挥治疗作用的重要过程,另一方面,其诱发的自噬效应也可成为纳米材料诱发细胞死亡和机体损伤的重要原因。本文重点阐述纳米材料诱导自噬发生的过程及相关机制,进一步探讨纳米材料诱导自噬的不同结局、机制和影响因素,以期为深入认识纳米材料自噬效应并对其进行毒理学评价提供科学依据。     

醋酸铅对大鼠胰岛瘤细胞INS-1自噬与凋亡的影响

为了研究环境中常见重金属污染物铅对大鼠胰岛瘤细胞INS-1自噬与凋亡的影响及其可能的分子机制,使用不同浓度醋酸铅暴露大鼠胰岛瘤细胞INS-1,利用磺酰罗丹明B(sulforhodamine B,SRB)法检测细胞存活率;Western blot法检测不同浓度醋酸铅对细胞中自噬与凋亡标志蛋白及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路标志分子表达的影响;利用活性氧(reactive oxygen species,ROS)试剂盒检测细胞内ROS水平;用ROS清除剂N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)预处理细胞,检测醋酸铅引起的细胞自噬与凋亡是否受到影响。使用统计学软件SPSS 17.0对数据进行统计学分析后,与对照组相比,醋酸铅导致INS-1细胞的存活率下降(p0.05),且呈时间-剂量依赖性;随醋酸铅浓度增大,自噬和凋亡标志蛋白表达增加,mTOR信号途径标志分子没有明显变化;NAC预处理后醋酸铅引起的细胞自噬和凋亡减少。实验结果表明,醋酸铅可通过mTOR-非依赖途径诱导INS-1细胞的自噬与凋亡,其可能机制为刺激细胞内ROS的产生。     

纳米银和银离子对2种微藻的急性毒性效应

为了探讨AgNPs对典型微藻的急性毒性效应及其机制,采用柠檬酸钠还原法制备AgNPs,以摇瓶实验法评估了不同浓度的AgNPs和Ag+对铜绿微囊藻和普通小球藻叶绿素a含量、形态结构和叶绿素荧光参数的影响。实验结果表明:AgNPs对普通小球藻和铜绿微囊藻的96 h-EC50分别为1.113 mg·L-1和0.697 mg·L-1,而Ag+对2种藻的96 h-EC50分别为0.106 mg·L-1和0.032 mg·L-1。扫描电镜结果表明:AgNPs处理使普通小球藻细胞表面出现褶皱,细胞变形甚至向内塌陷。对铜绿微囊藻部分细胞出现变形变得不规则,且出现某些胞外物质使细胞粘附在一起。透射电镜观察发现,高浓度Ag+处理使2种藻的细胞均发生质壁分离,部分细胞转变为孢子。而AgNPs处理使普通小球藻细胞蛋白核增大,蛋白核与类囊体区无明显连接通道。铜绿微囊藻拟核区膨大,类囊体和色素体被推向四周,部分类囊体断裂,同时,发现该藻可以分泌胞外物质在细胞周围吸附AgNPs颗粒。对于普通小球藻,0.6 mg·L-1AgNPs处理后细胞光系统Ⅱ的最大光化学量子产率ΦP0相对于CK没有显著差异,但0.09 mg·L-1Ag+处理使ΦP0显著增加。在高浓度AgNPs或Ag+处理时,ΦP0均显著降低。AgNPs未对普通小球藻光系统II性能参数PI_Abs造成影响,但不同浓度Ag+处理均使得该参数显著升高。对于铜绿微囊藻,2种毒物均使其ΦP0显著降低。而PI_Abs仅在2种毒物的最高浓度处理时显著降低。综上,AgNPs对2种藻的急性毒性远小于Ag+,而两者对铜绿微囊藻的毒性均大于普通小球藻。AgNPs胁迫使2种藻叶绿素a含量显著降低,并诱导2种藻在形态结构和光合生理方面发生了显著变化,造成不同程度的损伤,但与Ag+的毒性效应存在一定的差异。提高光吸收能通量补偿耗散能量和分泌胞外物质结合Ag+是微藻2种重要的解毒机制。     

纳米银对无脊椎动物毒性效应的研究进展

纳米银（AgNPs）因优良的抗菌特性,已成为全球使用量最多的纳米材料.随着AgNPs使用量的增多,其不可避免流入环境中,对生态系统造成危害.无脊椎动物是动物类群重要的组成部分,本文主要从累积效应、急性毒性、生长发育毒性、组织病症、生殖毒性、遗传毒性和回避行为等方面总结了AgNPs对无脊椎动物的影响和潜在毒性机制,介绍了AgNPs对无脊椎动物毒性的影响因素,分析了AgNPs关于无脊椎动物毒性研究的不足并对研究趋势进行了展望.本文旨在为AgNPs对无脊椎动物的毒性研究以及AgNPs的安全生产和合理使用提供参考.     

纳米银在多孔介质中的迁移过程与机制研究进展

纳米银(AgNPs)作为消费品中最常用的人工纳米材料,由于其优异的抗菌性能,在织物、医疗设备和食品及饮料包装中广泛使用.AgNPs可通过大气沉降、地表水径流、污水灌溉和生物污泥的土地施用等多种途径进入土壤等多孔介质,甚至进入地下水.AgNPs进入环境后可在动物和植物体内累积并产生毒性效应,对生态环境构成危害.因此,全面了解AgNPs在土壤等多孔介质中的迁移过程对正确评估其环境归趋和生态效应具有重要的理论和现实意义.本文针对近年来已发表的不同表面稳定剂、环境有机质、土壤矿物及微生物等对AgNPs性质及在多孔介质中迁移过程中产生的影响进行了全面的总结,并就目前研究中存在的问题和后续研究的发展方向进行了展望.     

毛兰素诱导结肠癌SW480细胞凋亡的分子机制

毛兰素是名贵中药材石斛的活性化合物之一,研究了其对人结肠癌SW480细胞的增殖抑制作用及其诱导的细胞凋亡分子机制.实验表明,毛兰素能显著抑制结肠癌SW480细胞的增殖,且随着药物浓度与时间增加,抑制率呈明显的剂量时间效应,48 h半数抑制浓度IC50为24.5 nmol/L;毛兰素能显著诱导结肠癌SW480细胞凋亡,并诱导细胞周期阻滞于G2-M期;分子机制研究显示,毛兰素通过下调XIAP、Bcl-xL蛋白表达以及激活Caspase-9、Caspase-7、Caspase-3和PARP活性从而诱导SW480细胞凋亡.结果表明毛兰素可能对结肠癌的防治具有潜在药用价值.图6参17     

四溴双酚A对人体正常肝细胞毒性效应及作用机制

四溴双酚A(TBBPA)作为目前用量最大的一种溴系阻燃剂,在含TBBPA用品的生产、使用和废弃处置过程中,能够通过多种途径进入环境介质,造成持久性污染,危害生态系统和人体健康.为探明TBBPA对人体健康的潜在毒性效应及作用机制,选取人体正常肝细胞L02作为模型,通过分析暴露后细胞形态、存活率、胞内活性氧(ROS)含量、DNA损伤及细胞凋亡等变化.结果表明,TBBPA暴露导致L02细胞形态发生明显改变、存活率显著降低,细胞彗星实验拖尾现象明显增强;随着暴露浓度的升高,L02细胞胞内ROS含量、丙二醛(MDA)含量和氧化型谷胱甘肽/还原型谷胱甘肽(GSSG/GSH)比值均呈现剂量依赖性增加.40μmol·L-1暴露条件下胞内ROS含量升高3.1倍;20 μmol·L-1和40 μmol·L-1暴露条件下,细胞凋亡率分别增加了32倍和4.8倍.推测TBBPA暴露对L02细胞的毒性效应作用机制为,暴露引起细胞氧化应激水平升高,ROS升高再引起DNA损伤程度增强,最终导致细胞凋亡率增加.上述研究结果将为评估TBBPA的毒性效应和健康风险提供科学依据.     

碲化镉量子点细胞毒性研究进展

随着纳米技术和纳米医学的飞速发展,越来越多的纳米材料应用于生物医学领域。量子点(QDs)作为一种新型的荧光材料在工业和医学领域有着广阔的应用前景,而碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,CdTeQDs)是目前常用的一种QDs,其生物安全性引起了极大的关注。体内外的研究表明CdTeQDs可以对生物体造成损害。CdTeQDs的细胞毒性主要表现为细胞活力和生存率降低,细胞正常形态被破坏,基因突变,染色体畸变以及细胞凋亡的出现。而毒性机制的研究集中于活性氧(ROS)水平的升高,线粒体形态和功能的破坏,DNA受损和自噬作用等方面。笔者综述了CdTeQDs对体外细胞造成的毒性作用及其机制,旨在为CdTeQDs的生物安全性研究和更好的应用提供有价值的参考。     

毛兰素对人肝癌Huh7细胞的抑制作用

研究了从鼓槌石斛中分离得到的低分子量天然化合物毛兰素在体外对人肝癌Huh7细胞的增殖抑制作用,并探讨其诱导细胞凋亡的分子机制.实验结果显示:毛兰素能显著抑制肝癌Huh7细胞的增殖,且随着药物浓度与时间增加其抑制率呈明显的剂量时间效应,其48 h半数抑制浓度IC50为37.4 nmol/L;毛兰素能诱导人肝癌Huh7细胞凋亡并使其细胞周期阻滞于G2-M期;分子机制研究显示毛兰素可抑制Akt激酶活性、下调Mcl-1蛋白表达以及激活PARP活性从而导致其对Huh7癌细胞的增殖抑制作用.以上结果初步表明毛兰素对肝癌防治具有潜在药用价值.图5参17     

卡瓦胡椒素B对人非小细胞肺癌A549细胞的抑制作用

卡瓦胡椒素B是药用植物卡瓦胡椒根中的一种天然查耳酮类化合物,研究了其对人非小细胞肺癌A549细胞的增殖抑制作用及其诱导细胞凋亡的分子机制.实验结果显示,卡瓦胡椒素B能显著抑制非小细胞肺癌A549细胞的增殖,且随着药物浓度的增加、处理时间的延长其抑制作用呈明显的剂量时间效应;同时,卡瓦胡椒素B能显著诱导A549细胞凋亡、细胞周期阻滞于G2-M期;分子机制研究表明,卡瓦胡椒素B能通过活化JNK激酶活性、下调凋亡抑制蛋白survivin的表达以及激活PARP活性从而导致其对A549细胞的增殖抑制作用.结果表明卡瓦胡椒素B对人非小细胞肺癌的预防与治疗可能具有潜在价值.