大气细颗粒物的物理化学属性与其在细胞和动物水平引发的急慢性损伤之间的关系研究

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基本信息

  • 批准号：
    21777152
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    张海元
  • 依托单位：
    中国科学院长春应用化学研究所
  • 学科分类：
    B0603.大气污染与控制化学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Atmospheric fine particles are able to go through the respiratory system and target the alveoli, capable of inducing multiple acute and chronic pulmonary injuries. However, the relationship of physicochemical properties of fine particles and their induced injuries remains clear. Traditional toxicological studies paid more attention to the acute toxicological responses of the heavy metal ions and organic molecules adsorbed on the particles, but neglected the toxic effects of hazardous physicochemical properties of these particles. In the present application, a series of physicochemical properties of fine particles will be altered (removed or reduced) through various physicochemical approaches, and the acute and chronic injuries based oxidative stress and NLRP3 inflammasome mechanism, respectively, will be evaluated in cells and animals. Establishment of property-activity relationship and unraveling the critical role of NLRP3 inflammasome mechanism in chronic injury will be helpful for deep understanding the toxicity mechanism of pulmonary diseases, and also helpful for prevention and therapy of pulmonary diseases induced by fine particles.
大气细颗粒物能够穿过呼吸系统直达肺泡，引发肺部多种急慢性损伤。然而颗粒物自身物理化学属性与引发损伤之间的属性-活性关系一直都不够清晰。传统研究更多关注于细颗粒物表面吸附的重金属离子及有机分子所引发的毒性响应，忽略了细颗粒物其他独特的物理化学属性所引发的不良响应。本项目将通过对细颗粒物的多种危险物理化学属性的改造（消除或削弱）研究改造前后的细颗粒物在细胞和动物水平基于氧化应激和NLRP3炎性体活化机理引发的急慢性损伤的差异，建立细颗粒物的属性-活性关系，揭示NLRP3炎性体活化机理在慢性损伤中的重要角色，为深入理解细颗粒物引发肺部疾病的毒性机理及未来肺部疾病的预防和治疗提供理论依据。

结项摘要

大气细颗粒物（PM2.5）能够深入呼吸系统，引发肺部疾病。然而，PM2.5自身物理化学性质与毒性损伤之间的性质-活性关系一直都不够清晰。传统研究更多地关注于颗粒物表面吸附的重金属离子及有机分子所引发的急性毒性响应，而忽略了细颗粒物其他的物理化学性质所引发的不良效应。随着纳米材料生物安全性研究的广泛拓展，各种先前很少被关注的理化性质被发现与毒性响应密切相关。本项目并通过Chelex 100树脂、二氯甲烷混合溶剂、抗坏血酸、PF108及聚赖氨酸等手段分别改造了PM2.5中金属离子、多环芳烃（PAHs）、活性氧物种（ROS）、聚集尺寸和表面电荷等性质，并基于氧化应激和NLRP3炎性体激活机制比较了改造前后PM2.5的毒性响应水平。研究发现，金属离子、PAHs和ROS的去除能够显著降低PM2.5引发的细胞内ROS水平、削弱二相酶的表达、降低线粒体内超氧化物量及线粒体去极化能力，意味着PM2.5通过氧化应激机制引发的急性损伤与其携带的金属离子、PAHs和ROS密切相关。与此同时，研究也发现，金属离子、PAHs和ROS的去除以及颗粒聚集尺寸的降低对于PM2.5通过NLRP3炎性体激活引发的细胞IL-1β的释放、NLRP3和ASC蛋白表达以及小鼠肺部胶原的沉积具有显著的抑制作用，作用途径涉及溶酶体破裂、钾离子外流和细胞内ROS产生，意味着金属离子、PAHs、ROS和聚集尺寸在PM2.5引发的慢性纤维化过程中起着重要的作用。此外，进一步研究也发现PM2.5能够通过多种途径激活神经小胶质细胞NLRP3炎性体，释放ASC斑点，加速Aβ聚集，促进小鼠神经元凋亡和空间记忆能力缺陷，意味着PM2.5浓度的升高与阿尔兹海默症之间存在关联性。这一研究对于PM2.5性质-活性关系的建立至关重要，有助于深入理解PM2.5的安全性并促进环境毒性溯源，也有助于建立适合人类健康生存的安全环境。

项目成果

期刊论文数量（25）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Property-activity relationship between physicochemical properties of PM2.5 and their activation of NLRP3 inflammasome
PM2.5理化性质与其NLRP3炎症小体激活之间的性质-活性关系
  • DOI：
    10.1016/j.impact.2022.100380
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    NanoImpact
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Runxiao Zheng;Panpan Song;Yunyun Wu;Yanjing Wang;Xiaoqing Han;Jiao Yan;Xiaqing Wu;Hai Yuan Zhang
  • 通讯作者：
    Hai Yuan Zhang
Hollow, Rough, and Nitric Oxide-Releasing Cerium Oxide Nanoparticles for Promoting Multiple Stages of Wound Healing
中空、粗糙且释放一氧化氮的氧化铈纳米颗粒可促进伤口愈合的多个阶段
  • DOI：
    10.1002/adhm.201900256
  • 发表时间：
    2019-07-10
  • 期刊：
    ADVANCED HEALTHCARE MATERIALS
  • 影响因子：
    10
  • 作者：
    Ma, Xiaomin;Cheng, Yan;Zhang, Haiyuan
  • 通讯作者：
    Zhang, Haiyuan
Band Alignment-Driven Oxidative Injury to the Skin by Anatase/Rutile Mixed-Phase Titanium Dioxide Nanoparticles Under Sunlight Exposure
锐钛矿/金红石混合相二氧化钛纳米颗粒在阳光照射下导致能带排列驱动的皮肤氧化损伤。
  • DOI：
    10.1093/toxsci/kfy088
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Toxicological Sciences
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Sun Xiujuan;Chang Yun;Cheng Yan;Feng Yanlin;Zhang Haiyuan
  • 通讯作者：
    Zhang Haiyuan
Hierarchical Acceleration of Wound Healing through Intelligent Nanosystem to Promote Multiple Stages
智能纳米系统分级加速伤口愈合，促进多阶段
  • DOI：
    10.1021/acsami.9b13267
  • 发表时间：
    2019-09-18
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Cheng, Yan;Chang, Yun;Zhang, Haiyuan
  • 通讯作者：
    Zhang, Haiyuan
Neutrophil mediated postoperative photoimmunotherapy against melanoma skin cancer.
中性粒细胞介导的针对黑色素瘤皮肤癌的术后光免疫疗法。
  • DOI：
    10.1039/d1nr04002b
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Wu Yunyun;Han Xiaoqing;Zheng Runxiao;Cheng Hongda;Yan Jiao;Wu Xiaqing;Hu Yaqing;Li Bing;Wang Zhenxin;Li Xi;Zhang Haiyuan
  • 通讯作者：
    Zhang Haiyuan

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张海元的其他基金

金钯海胆状纳米异质结构对于伤口愈合的多阶段程序性加速研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    63 万元
  • 项目类别：
    面上项目
金属氧化物纳米材料基于能带属性调节下的安全性设计研究
  • 批准号：
    21573216
  • 批准年份：
    2015
  • 资助金额：
    67.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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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

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          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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