自噬引起纳米银细胞毒性的作用机制

Silver nanoparticles (AgNPs) have a wide range of potential applications in veterinary field, but the relatively strong toxicity is the main reason to restrict its clinical use. Now quite a few researches are focused on revealing the cytotoxic mechanism of AgNPs. It has been appreciated that autophagy is involved in regulating the cytotoxicity of AgNPs, however, how AgNPs induce autophagy mediating cytotoxicity remains incompletely understood. Our preliminary data demonstrated that PVP-coated AgNPs inhibited the viability of Ba/F3 cells by promoting the generation of reactive oxygen species (ROS) and release of silver ions (Ag+), thus induced autophagy in a dose-dependent manner and exerted toxic effect, while 3-methyladenine could effectively reverse the apoptosis and DNA damage triggered by AgNPs. Thus we hypothesize that AgNPs induce autophagy and consequently mediate cytotoxicity, and reversing the autophagy is a novel intervention strategy for reducing the toxicity caused by AgNPs. This study intends to investigate the following scientific questions: 1) the role of ROS and Ag+ in AgNPs-induced autophagy; 2) the effect of AgNPs on autophagic signaling pathway and flux; 3) the molecular mechanism of the crosstalk between autophagy and apoptosis. The study will manifest how autophagy regulates apoptosis and shed lights on how to design a novel intervention strategy for reversing the AgNPs-mediated cytotoxicity.

纳米银在兽医领域具有广泛的应用潜力，但较强的毒性极大地限制了其临床应用。因此，如何降低纳米银细胞毒性提高其临床应用价值是纳米银研究领域的焦点。最新研究发现自噬参与纳米银细胞毒性的调控，但其确切机制尚不清楚。我们前期研究证实聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米银通过促进活性氧（ROS）产生和银离子（Ag+）释放抑制Ba/F3细胞活性，并发现纳米银能够剂量依赖性诱导细胞发生自噬产生毒性，但通过3-甲基腺嘌呤抑制自噬能有效降低纳米银诱导的细胞凋亡和DNA损伤。基于此基础，本项目将借助维生素C和N-乙酰半胱氨酸的干预揭示ROS和Ag+在纳米银诱发Ba/F3细胞自噬中的作用；通过研究纳米银对自噬信号通路和自噬流的影响阐明自噬的诱发机制；并采用RNA干扰技术降低自噬水平探明自噬调控细胞凋亡的分子机制。本项目渴望从自噬角度阐明纳米银毒性产生机制，并为探索基于干预自噬降低纳米银毒性的策略提供理论依据。

纳米银在兽医领域具有广泛的应用潜力。然而其细胞毒性较强，极大地限制了其临床应用。因此，如何降低纳米银细胞毒性提高其临床应用价值是纳米银研究领域的焦点。无论以何种方式使用纳米银，都不可避免地在血液中循环，因此纳米银对血液细胞的毒性作用尤其值得关注。因此，本研究以小鼠前B细胞Ba/F3为模型，研究纳米银对血液免疫细胞的毒性作用及其机制。研究发现，纳米银能够通过内吞的方式进入细胞，主要定位在细胞溶酶体中。纳米银可以诱导自噬体在细胞内的蓄积，进一步证实纳米银诱导Ba/F3细胞自噬体的蓄积是源于自噬活性的升高而非自噬降解途径的阻滞。ROS的产生和银离子的释放共同介导了纳米银对Ba/F3细胞的毒性作用，然而纳米银诱导Ba/F3细胞产生自噬是由于ROS的产生而非Ag+的释放，因为银离子并没有诱导自噬产生。另外，还证实了纳米银通过mTOR依赖的途径诱导Ba/F3细胞自噬。自噬抑制剂3-MA预处理后，纳米银引起的细胞凋亡和DNA损伤减少，表明自噬活性与纳米银引起的细胞毒性相关；Atg5特异性siRNA可以显著升高纳米银处理组的细胞活性，而降低纳米银诱导的细胞凋亡水平。总的来说，自噬在纳米银对Ba/F3细胞的命运中发挥毒性作用，使用化学抑制剂或Atg5特异性siRNA可以有效降低纳米银对细胞的毒性作用。上述研究结果深化了对纳米银细胞毒性机理的认识，为降低纳米银毒性以提高其应用价值提供了新思路。