纳米二氧化硅颗粒调控线粒体SIRT3/ROS/CaMKⅡ致心律失常作用及机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81872648
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3007.卫生毒理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Atmospheric particulate matter is closely related to cardiovascular disease. Silica nanoparticle is one of the inert nuclei of atmospheric particulate matter. Our previous research found that silica nanoparticles did damage on the mitochondria of myocardium, inhibited the activity of SIRT3, reduced myocardial contractility and heart rate. In this study, Wistar rats and myocardial cells differentiated from human induced pluripotent stem cells, hIPSCs, were used to investigate the effects of silica nanoparticles on the occurrence and development of arrhythmia, and its related mechanisms. The in vivo rat model with low-dose silica nanoparticles exposure was performed, and the cardiac structure, function, electrocardiogram, oxidative stress, mitochondrial membrane potential, energy metabolism, ATP content, NAD+/NADH ratio, SIRT3, CaMK II, calcium content and calcium channel proteins were all determined to explore the induction of arrhythmia by silica nanoparticles from the perspective of "mitochondrial SIRT3-ROS-CaMKⅡ-calcium overload-electrophysiological conduction abnormality". In the mechanism study, the hIPSCs-differentiated myocardial cells as cell model, and the antioxidant N-acetylcysteine, SIRT3 over-expression and CaMK II-specific inhibitor, KN-93, were used to validate the regulatory role of SIRT3-ROS-CaMKⅡ in cardiac arrhythmias induced by silica nanoparticles. The research would provide evidence for early prevention and control of cardiovascular disease and the development of standards for atmospheric particulate matter.
大气颗粒物与心血管疾病密切相关。纳米SiO2是大气颗粒物惰性核之一,课题组前期发现其损伤心肌线粒体,抑制SIRT3活性,导致心肌收缩力减弱、心率降低。本研究拟采用Wistar大鼠和人诱导性多能干细胞(hIPSCs)分化的心肌细胞研究纳米SiO2颗粒在心律失常发生发展中的作用及机理。体内实验建立纳米SiO2低剂量染毒大鼠模型,检测心脏结构、功能、心电图、氧化应激、线粒体膜电位、能量代谢、ATP、NAD+/NADH、SIRT3、CaMKⅡ、钙和钙通道蛋白,从“线粒体SIRT3-ROS-CaMKⅡ-钙超载-电生理传导异常”角度探讨纳米SiO2致心律失常作用。机制研究采用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸、SIRT3过表达和CaMKⅡ特异抑制剂KN-93,利用hIPSCs分化的心肌细胞,验证SIRT3/ROS/CaMKⅡ在纳米SiO2致心律失常中的调控作用,为心血管疾病早期防治和大气颗粒物标准制订提供依据。

结项摘要

纳米二氧化硅(silica dioxide,SiO2)是我国乃至世界上工业化大规模生产产量最高的一种纳米材料,随着其全球产量和应用范围的逐渐增大,最终将不可避免的进入生态圈及大气环境中。纳米SiO2也广泛存在于煤、石油等矿物质燃烧产物中,是大气超细颗粒的重要组分之一。因此,加强纳米SiO2颗粒有害生物效应研究是保护环境和保障公众健康的重大需求。课题组在前期研究基础上,首先采用体内实验建立纳米SiO2多次染毒动物模型,并利用体外细胞模型(人诱导性多能干细胞hIPSCs分化的心肌细胞、人心肌细胞株AC16)进行体内实验现象的验证及其调控作用机制探讨。体内研究证实,纳米SiO2暴露可造成心肌损伤、心脏收缩功能降低甚至心室重构,且存在剂量效应;体外研究显示,纳米SiO2染毒导致心肌细胞收缩力减弱、心脏跳动频率异常,造成心肌细胞凋亡。线粒体是纳米SiO2发挥心肌细胞毒性的重要靶点,ROS/Ca2+/CaMKⅡ信号通路的激活可能是纳米SiO2致心肌损伤、收缩障碍和心率紊乱的重要调控作用机制。此外,颗粒粒径是影响纳米SiO2心肌毒性的重要因素。本项目研究结果对于纳米SiO2安全性评价、标准制订提供实验依据,对于保护环境、促进公众健康及加强纳米安全具有重要意义。目前项目已发表SCI论文7篇,中文核心期刊2篇,参加国内学术交流6次,做分会场报告1次,发表会议论文1篇。

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(1)
专利数量(0)
内质网应激在纳米材料毒性效应中的作用研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国药理学与毒理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张翰超;郭彩霞;李艳博
  • 通讯作者:
    李艳博
Lysosomal impairment-mediated autophagy dysfunction responsible for the vascular endothelial apoptosis caused by silica nanoparticle via ROS/PARP1/AIF signaling pathway
溶酶体损伤介导的自噬功能障碍通过ROS/PARP1/AIF信号通路导致二氧化硅纳米颗粒引起的血管内皮细胞凋亡
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2022.119202
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Pollution
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Alimire Abulikemu;Xinying Zhao;Yi Qi;Yufan Liu;Ji Wang;Wei Zhou;Huawei Duan;Yanbo Li;Zhiwei Sun;Caixia Guo
  • 通讯作者:
    Caixia Guo
Disturbed mitochondrial quality control involved in hepatocytotoxicity induced by silica nanoparticles
二氧化硅纳米颗粒诱导的肝细胞毒性中线粒体质量控制的紊乱
  • DOI:
    10.1039/d0nr01893g
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yi Qi;Ru Ma;Xueyan Li;Songqing Lv;Xiaoying Liu;Alimire Abulikemu;Xinying Zhao;Yanbo Li;Caixia Guo;Zhiwei Sun
  • 通讯作者:
    Zhiwei Sun
Adverse effects of amorphous silica nanoparticles: Focus on human cardiovascular health
无定形二氧化硅纳米粒子的不良影响:关注人类心血管健康
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2020.124626
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    J Hazard Mater
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Caixia Guo;Yufan Liu;Yanbo Li
  • 通讯作者:
    Yanbo Li
纳米材料诱导线粒体自噬研究进展
  • DOI:
    10.13213/j.cnki.jeom.2019.19027
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境与职业医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    齐艺;李艳博;郭彩霞
  • 通讯作者:
    郭彩霞

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其他文献

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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    祝树金
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  • DOI:
    10.1104/pp.113.234369
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李艳博;郭彩霞;龚守良;梁硕
  • 通讯作者:
    梁硕
Mercury distribution in neonatal rat brain after intrauterine methylmercury exposure
宫内甲基汞暴露后新生大鼠脑内汞分布
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Environmental Toxicology and Pharmacology
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡桂芹;金明华;孙志伟;张龙;郭彩霞;蔺新丽
  • 通讯作者:
    蔺新丽

其他文献

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郭彩霞的其他基金

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相似国自然基金

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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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