环境转化态纳米银诱发斑马鱼红细胞发育毒性的作用机制

The extensive production and usage of nanosilver (nAg) leads to its increasing risk of environmental exposure, which also triggers a growing number of researches on its environment and health effects. Once released into the environment, nAg will inevitably alter its physical and chemical properties, with the following changes of its biological effects. However, the mechanism of environmental behavior of nAg responsible for its subsequent biological effects is still need to be further elucidated. In order to illuminate this, the following studies are proposed: First, nAg with different shapes and surface properties and various environmental factors will be employed in this project. We will characterize the physicochemical changes of nAg after transformation in terms of dispersion, redox levels and ion release, to clarify the key physicochemical properties of nAg and environmental factors which influence its transformation. Second, the differences in the tissue distribution and organ damage in zebrafish will be compared between original nAg and transformed nAg on behalf of analysis the impact of nAg transformation on its bioavailability. Finally, the effects of nAg on body iron supply, erythrocyte iron utilization, regulation of red blood cell differentiation will be studied, to explore the mechanism responsible for the toxicity of red blood cell development induced by transformed nAg. This project will provide a new scientific guidance for biological safety and environmental health risks of nAg.

纳米银的大量生产和使用提高了其环境暴露风险，同时也使其环境与健康效应成为研究热点。原始态纳米银进入环境后将不可避免发生理化性质转化，赋存状态和生物效应也随之改变。但目前有关纳米银环境行为影响后续生物效应的机制尚不明确，需要更多系统和深入研究。针对上述问题，本项目拟进行以下研究：（1）设置不同水环境条件，模拟真实环境下纳米银的水环境过程。以不同形貌、表面修饰的纳米银为代表，从分散程度、氧化还原水平、离子释放率等方面表征转化，明确影响纳米银环境转化的关键理化性质和环境因素；（2）比较纳米银转化前后在斑马鱼体内组织分布、器官损伤等方面的差异，分析纳米银转化对其生物有效性的影响；（3）进一步明确纳米银对机体铁供给、红细胞自身铁利用、红细胞分化调控等方面的影响。从间接毒性角度，探索转化态纳米银诱发红细胞发育毒性的作用机制。本项目的开展将为全面评价纳米银的生物安全性和环境健康风险提供新的科学依据。

纳米银独特的理化特性和抗菌活性使得其成为应用最为广泛的纳米材料之一。同时，纳米银的大量生产和使用也使得其安全性和健康效应受到广泛关注。纳米银进入环境后其赋存状态不可避免会发生改变，进而影响其后续的环境行为和生物效应。但关于环境转化对纳米银生物效应的影响尚缺乏深入研究。基于此现状，本课题开展了环境转化态纳米银对斑马鱼红细胞发育毒性的研究。研究主要分为三个部分：1）筛选影响纳米银转化的关键环境因素和自身理化性质。2）环境转化对纳米银生物有效性的影响。3）转化态纳米银引发斑马鱼红细胞发育毒性的作用机制。结果显示，环境因素对纳米银不同转化指标的影响存在差别。不同转化条件下，发挥主导的因素不同。比如，纳米银溶液中一定离子强度和有机质的存在可以稳定纳米银颗粒，减缓银离子释放。光照条件下，温度变化则能够加速推动有机质溶液中纳米银的转化。纳米银表面不同修饰对其转化的影响也存在差异。如不同修饰对Zeta电位的影响比较有限，但对水合粒径、银离子释放影响较大。通过比较转化前后斑马鱼体内银的组织分布，我们推测环境转化通过改变纳米银的水合粒径和离子释放率，进而造成转化前后纳米银生物有效性上的差别。转化态纳米银可以通过改变红细胞形态，增加其渗透脆性。除了打破系统铁代谢平衡，纳米银还可以从影响细胞膜骨架蛋白、胆固醇含量等方面影响红细胞的发育和分化，其血液毒性与肝脏毒性存在密切联系。本课题的开展为全面理解纳米银的环境健康效应、评价其生物安全性提供了科学依据。