无定形纳米二氧化硅致多核作用及其相关机制研究

本课题组前期研究中首次发现并报道了无定型纳米SiO2颗粒可导致细胞多核现象，但多核形成机制上不清楚，且国内外尚未见其他研究者报道。多核形成提示纳米SiO2颗粒增加了细胞的基因组不稳定性，并可能进一步引起细胞死亡甚至细胞的恶性转化。因此，有必要对纳米SiO2颗粒致细胞多核作用及其相关机制进行系统研究。本项目首先在体外条件下以L-02细胞及HepG2细胞作为受试细胞系，对纳米SiO2颗粒的细胞摄取、细胞氧化应激作用、细胞骨架损伤作用、细胞周期阻滞作用及其对细胞有丝分裂过程及细胞融合过程的影响进行了系统研究。结果表明纳米SiO2颗粒能够通过细胞内吞及损伤细胞膜的方式进入细胞内部，分布于细胞质及溶酶体、线粒体等细胞器内，并引起细胞膜、线粒体、溶酶体及内质网等亚细胞结构的损伤；同时，纳米SiO2颗粒能够诱导ROS引起细胞氧化应激，通过PI3K/Akt/Gsk-3β信号通路引起细胞骨架结构的损伤，通过降低细胞内Cdc25C、Cyclin B1、Cdc2等周期调控蛋白表达量引起细胞出现G2/M期阻滞，通过影响有丝分裂调控蛋白Aurora B、INCENP及Survivin的表达量引起细胞有丝分裂异常；另外，在HepG2细胞中通过实时导致相差显微镜还观察到纳米SiO2颗粒诱导细胞融合的现象。在体内条件下，以ICR小鼠作为受试模型，通过单次尾静脉注射给药，观察纳米SiO2颗粒的致多核作用。结果表明，纳米SiO2颗粒尾静脉注射的急性毒性的LD50为262.45±33.78 mg/Kg，同时在脾脏处观察到多核巨细胞的形成，可能是由于纳米SiO2颗粒进入脾脏后引起局部炎症反应，激活巨噬细胞的吞噬功能，并通过细胞融合的方式在小鼠脾脏处产生多核细胞。本项目从体内体外条件下深入研究了纳米SiO2颗粒的致多核作用及其相关机制，可为纳米SiO2颗粒的安全性评价提供科学依据。