纤蛇纹石石棉纳米线型残存物的细胞毒性作用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41602033
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0203.矿物学(含矿物物理学)
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Inevitable damage to the environment and human health have been induced by the widely utilization of chrysotile asbestos. Although the toxicity of chrysotile asbestos is controversial, there is no doubt that longtime retention in body or tissues was accompanied by the emergence of linear nano residues. However, rare research had been made on their biological endurance, and interference effects on cellular homeostasis. In this project, the physico-chemical properties, biological activity and toxic mechanism of etched-chrysotile asbestos and sphericalnano-SiO2 will be studied by techniques of electron spin resonance (ESR), synchrotron radiation-X-ray fluorescence spectrum (SR-XRF), attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR), confocal scanning laser microscope (CLSM), and non-invasive micro-test technique (NMT). The relationship between surface functional groups, dissolved elements, release of reactive oxygen species and bioactivity of the chrysotile asbestos and its leached products will be discussed. The migration and transformation of insoluble elements such as Si and Fe in cell membrane, cytoplasm and its irritating effect in the ROS formation and cell damage will be clarified through in vivo experiment. This project tries to indicate the essence of surface activity - biological activity – biological persistence of chrysotile fibers, its linear nano residues of etched-chrysotile asbestos. Finally, we will evaluate the biology activity and safety of chrysotile asbestos, etched-chrysotile asbestos as well as linear nano residues of etched-chrysotile asbestos, which would lay the groundwork for the establishing of the safety evaluation system and standard of chrysotile asbestos and their extended products.
纤蛇纹石石棉的大量使用对环境和人体健康产生不可避免的危害,然其毒性大小及毒性作用机制备受争议,对纤蛇纹石石棉体内残存物的生物活性也少有研究。本项目以纤蛇纹石石棉经人工浸蚀后形成的纳米线型残存物及球状纳米SiO2为研究对象,利用ESR、SR-XRF、ATR-FTIR、CLSM、NMT等测试手段,从矿物学、环境学和医学相结合角度对纤蛇纹石石棉及其浸蚀产物物化性质、自由基释放特性,细胞毒性及作用机理进行研究,分析不同形态和掺杂的SiO2载体表面基团、元素对生物活性的影响;探讨Si、Fe元素在细胞膜及胞质内的累积、溶解、键合、迁移及转化,阐明蛇纹石石棉溶出元素对自由基释放和细胞损伤的贡献。其意义在于,揭示纤蛇纹石石棉表面活性-生物活性-生物持久性之间的本质关系,寻求矿物学、环境科学和医学科学的综合评估方法,为纤蛇纹石石棉纤维及其纳米产物安全评估体系的建立及标准的制定奠定基础。

结项摘要

以纤蛇纹石石棉、浸蚀纳米线型残存物、合成掺铁蛇纹石石棉为研究对象,开展了其物化性质、自由基释放特征、细胞活性、毒性机制,特别是Fe在胞膜胞质内的累积迁移转化等研究。结果表明:3类石棉矿物相、表露基团基本一致,但八面体层Mg-OH含量、[Si-O]面网的振动、纤维表面的羟基、电位、液相溶出离子和·OH、·O2-、H2O2等自由基释放均不同。自由基释放40℃chry>70℃chry>90℃chry,1.5%Fesynchry>0.3%Fesynchry>synchry,释放量受Fe3+含量影响。表面官能团和电性不同使纤维与细胞膜吸附位点不同,引起氨基酸残基离子化羧基-COO-的-C(-O)2对称伸缩、磷酸二酯基团PO2-的对称伸缩、P-O-P的不对称伸缩振动增强,蛋白质分子二级结构改变,对GUV+的破坏更为剧烈,造成细胞膜通透性变化、胞内空泡、细胞骨架碎片化、胞核肿大浓缩等现象。纤维释放ROS和胞内自由基诱导的氧化损伤是引起细胞凋亡坏死的主要方式。胞内ROS产生与纤维所含SiO2、Fe2O3含量成正比,受主要溶出元素影响。掺铁石棉引起胞内ROS高于合成石棉,显著高于蛇纹石石棉,呈现1.5%Fesynchry>(synchry、0.3%Fesynchry),chry>40℃chry>90℃chry。与Fe2+/Fe3+共同作用增强了细胞损伤,Fe2+作用强于Fe3+。Fe2+/Fe3+可与膜分子键合破坏细胞膜,但跨膜方式不同,约51.66% Fe3+通过胞外转化进入胞内并累积转化。Fe2+主要分布于胞质溶酶体、高尔基体内,其次富集在胞膜,细胞核及核仁上的浓度极低。强自由基可引发细胞核膜通透性改变,使Fe2+在核仁内聚集增多。Fe2+作用致使大量次级溶酶体和自噬体形成,通过胞吐释放降解后的离子,甚者崩解。纤维刺激胞内ROS升高、膜电位升高,通过异常表达Keap1、JNK1/2、c-caspase-3、Bcl-2、Nrf2、CHOP等引发氧化损伤、内质网应激和凋亡程序。验证了蛇纹石石棉溶出元素、表面基团对自由基释放和细胞损伤的贡献,初步揭示了纤蛇纹石石棉表面活性-生物活性之间的联系。联合发表SCI论文6篇、EI论文1篇,参加国内会议9次,作报告5次。研究成果可为纤蛇纹石石棉纤维及其纳米产物安全评估体系的建立,为寻求矿物学、环境科学和医学科学的综合评估方法作数据支撑

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Surface interaction between metazeunerite and an indigenous microorganism Kocuria rosea: Implications for bioremediation of As-U tailings
变青石榴石与本土微生物 Kocuria Rosea 之间的表面相互作用:对 As-U 尾矿生物修复的影响
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2018.11.154
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Zhou Lei;Dong Faqin;Li Hailong;Huo Tingting;Wang Pingping;Liu Mingxue;Yang Gang;Zhang Wei;Hu Wenyuan;Nie Xiaoqin;He Huichao;Li Bowen;Frost Ray L
  • 通讯作者:
    Frost Ray L
Oxidative stress and cell cycle arrest induced by short-term exposure to dustfall PM2.5 in A549 cells
A549 细胞短期暴露于降尘 PM2.5 诱导氧化应激和细胞周期停滞。
  • DOI:
    10.1007/s11356-017-0430-3
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Yang, Jie;Huo, Tingting;Deng, Jianjun
  • 通讯作者:
    Deng, Jianjun
我国4大石棉矿区纤维粉尘的结构特征对比研究与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工业卫生与职业病
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳;马骥;曾娅莉;霍婷婷;邓建军;董发勤
  • 通讯作者:
    董发勤
Man-made mineral fiber effects on the expression of anti-oncogenes P53 and P16 and oncogenes C-JUN and C-FOS in the lung tissue of Wistar rats
人造矿物纤维对Wistar大鼠肺组织抑癌基因P53、P16及癌基因C-JUN、C-FOS表达的影响
  • DOI:
    10.1177/0748233719851699
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Toxicology and Industrial Health
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Cui Yan;Huang Liuwen;Huo Tingting;Dong Faqin;Wang Guojun;Zhang Qingbi
  • 通讯作者:
    Zhang Qingbi
载铅高硅质粉尘对大肠杆菌壁膜的损伤作用机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马杰;董发勤;霍婷婷;赵玉连;李苗;李刚;孟繁斌
  • 通讯作者:
    孟繁斌

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其他文献

北京郊外大型居住区居民购物行为分析——以回龙观社区为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    首都师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄芳;霍婷婷;王茂军
  • 通讯作者:
    王茂军
PM_(2.5)中的矿物粉尘对V79细胞毒性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工业卫生与职业病
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董发勤;王利民;邓建军;霍婷婷
  • 通讯作者:
    霍婷婷
蛇纹石石棉纤维表面活性及生物持久性研究进展
  • DOI:
    10.14062/j.issn.0454-5648.2016.05.21
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    霍婷婷;董发勤;邓建军;彭同江;秦凯;罗薇;孙东平
  • 通讯作者:
    孙东平
基于多次非暴露式气管滴注的染毒法研究温石棉致大鼠肺损伤的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柏珺;崔琰;张青碧;霍婷婷;查宇欣;邓建军
  • 通讯作者:
    邓建军
北京城市认知的空间关联模式——城市地名认知率的空间分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王茂军;霍婷婷;张学霞
  • 通讯作者:
    张学霞

其他文献

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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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