纳米银的线粒体毒性效应与作用机制研究

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基本信息

  • 批准号：
    21677170
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    66.0万
  • 负责人：
    宋茂勇
  • 依托单位：
    中国科学院生态环境研究中心
  • 学科分类：
    B0607.环境毒理与健康
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Silver nanoparticles (Ag NPs) are one of the most widely used nanomaterials in the medical, health and personal products. The environmental and health exposure risks from Ag NPs are increasing with the explosive Ag NPs-based goods in the market. Though the toxicity of silver nanoparticles has been widely studied, the knowledge of toxicity and health risk of Ag NPs in environment or life is still largely unknown. Our previous results showed that Ag NPs could obviously induce the release of cytochrome c from mitochondria. Therefore, on this basis, this project will focus on the toxicity of low dose of silver nanoparticle on mitochondria function and reveal related mechanism. First, utilizing the several cell lines, the toxicity, location and distribution of Ag NPs with various physicochemical properties in the mitochondria will be studied, especially the intracellular species of Ag NPs (i.e. Ag NPs and Ag+) and their proportion will be analyzed. Then the effects of Ag NPs on the structure and function of mitochondria will be evaluated to reveal the molecular mechanism involved in the toxicity of Ag NPs. Finally, the toxic effects of Ag NPs due to mitochondria lesion in cells and animals will be studied. We believe this project will provide the important scientific bases and valuable information to understand the toxicity mechanism of Ag NPs.
纳米银是医疗卫生和日常生活等领域应用最广泛的纳米材料，其环境健康风险也备受关注。尽管针对纳米银的毒性已开展了大量研究，然而，目前对于纳米银暴露的毒性与健康危害认识较少。申请人在前期研究中发现纳米银能够与线粒体相互作用并影响其生理功能。基于已有的研究基础，申请人拟在以下方面开展纳米银的线粒体损伤与毒性效应研究，包括：研究纳米银在线粒体上的分布特征和赋存状态信息，特别是纳米银暴露的“颗粒效应”与“离子效应”对毒性效应的贡献；研究纳米银诱导线粒体损伤及分子机制；研究米银通过线粒体损伤诱导的生物毒性效应。通过以上系统研究，深入了解和探明纳米银的毒性效应机制。

结项摘要

（1）开发了一种基于共聚焦显微镜的散射光成像新技术，实现了对活细胞内非标记纳米颗粒和荧光标记生物分子的同时成像。在共聚焦显微镜荧光通路模式下对胞内纳米颗粒的散射光进行成像分析（散射光成像，SLi）。研究表明，借助于光栅分离波长，可以用不同通道同时收集纳米颗粒的散射光和荧光标记生物分子的荧光信号，从而实现两者的同步观测。SLi成像模式可以分辨胞内20-100纳米不同尺寸的纳米银颗粒（空间分辨率10纳米），并实现胞内纳米颗粒24小时的超长连续观察。该方法可在单颗粒水平研究纳米颗粒的跨膜运输、胞内分布、转化过程以及和生物大分子的相互作用。. （2）以线粒体为研究重点，考察了nAg对细胞线粒体超氧化物水平、线粒体膜电势、线粒体膜孔通透性、细胞色素C释放量及促凋亡酶caspase 3/7活性的影响。证实了细胞摄入的nAg以粒子的形式存在；对线粒体状态研究表明，nAg和Ag+引起线粒体超氧化物上升并降低线粒体膜电势，但只有nAg颗粒可以引起细胞线粒体膜孔打开，释放出细胞色素C，激活下游凋亡酶caspase 3/7活性。. （3）研究发现超长AgNWs可以干扰细胞正常分裂过程，导致细胞周期停滞并生成大量的巨型多核细胞。这种干扰效应与超长AgNWs的暴露剂量和直径紧密相关。进一步研究发现超长AgNWs可以显著地促进有丝分裂过程中关键调控蛋白Aurora A、p-Histone 3 (ser10)、p-MLC和Myosin IIb表达量升高。同时，实时成像观察结果表明超长AgNWs能够在分裂末期的胞质分裂区聚集，通过直接阻碍收缩环的内缩而导致两个子细胞胞质分离失败，重新融合后形成多核细胞。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Ultralong AgNWs-induced toxicity in A549 cells and the important roles of It ROS and autophagy
超长AgNWs诱导的A549细胞毒性及其ROS和自噬的重要作用
  • DOI：
    10.1016/j.ecoenv.2019.109742
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Ecotoxicology and Environmental Safety
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Wang Fengbang;Wang Yuanyuan;Qu Guangbo;Yao Xinglei;Ma Chunyan;Song Maoyong;Wang Hailin;Jiang Guibin
  • 通讯作者：
    Jiang Guibin
Ultra-long silver nanowires induced mitotic abnormalities and cytokinetic failure in A549 cells
超长银纳米线诱导 A549 细胞有丝分裂异常和细胞分裂失败
  • DOI：
    10.1080/17435390.2019.1571645
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Nanotoxicology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Wang Fengbang;Chen Ying;Wang Yuanyuan;Yin Yongguang;Qu Guangbo;Song Maoyong;Wang Hailin
  • 通讯作者：
    Wang Hailin
A pilot study of mothers and infants reveals fetal sex differences in the placental transfer efficiency of heavy metals
一项针对母亲和婴儿的初步研究揭示了胎儿在胎盘重金属转移效率方面的差异
  • DOI：
    10.1016/j.ecoenv.2019.109755
  • 发表时间：
    2019-12-30
  • 期刊：
    ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Li, Xueyan;Li, Aijing;Song, Maoyong
  • 通讯作者：
    Song, Maoyong
Serum concentration of bisphenol analogues in pregnant women in China
中国孕妇血清双酚类似物浓度
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2019.136100
  • 发表时间：
    2020-03-10
  • 期刊：
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Li, Aijing;Zhuang, Taifeng;Jiang, Guibin
  • 通讯作者：
    Jiang, Guibin
Scattered Light Imaging Enables Real-Time Monitoring of Label-Free Nanoparticles and Fluorescent Biomolecules in Live Cells
散射光成像能够实时监测活细胞中的无标记纳米颗粒和荧光生物分子
  • DOI：
    10.1021/jacs.9b05894
  • 发表时间：
    2019-09-11
  • 期刊：
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子：
    15
  • 作者：
    Wang, Fengbang;Chen, Bolei;Jiang, Guibin
  • 通讯作者：
    Jiang, Guibin

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  • 作者：
    汪海林;赛道建;张月侠;李涛;宋茂勇
  • 通讯作者：
    宋茂勇

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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