纳米二氧化硅诱导心肌细胞H9c2自噬与凋亡的相互作用及机制

As the most widely used nanomaterials, silica nanoparticles has attracted more and more attention of researchers. In recent years, many studies have found that silica nanoparticles could cause cardiac toxicity. And apoptosis may be one of the important mechanisms of cardiac toxicity induced by silica nanoparticles. Autophagy is a complex and evolutionarily conserved process. It is involved in the degrading of abnormal proteins and organelles. Autophagy is significant for maintaining cellular homeostasis under regular conditions. A variety of nanoparticles have been shown to induce autophagy, and the elecated autophagy in most of these situations promote cell death. Whether silica nanoparticles could induce autophagy in cardiac muscle cells, and what is the mechanism, and how silica nanoparticles might affect the cell fate have not been reported. Autophagy is another kind of programmed cell death pathway, which is different from apoptosis, but their signaling pathways may cross in some areas. In this project, we will study the effects of silica nanoparticles on autophagy and apoptosis in H9c2 cells. And study on the relationship and the mechanism of autophagy and apoptosis induced silica nanoparticles in H9c2 cell. To investigate the interaction between autophagy and apoptosis of myocardial cells induced by silica nanoparticles, and to analyze the role of Beclin1 gene in the apoptosis of myocardial cells induced, which can provide new clues and theoretical support for the safety evaluation of silica nanoparticles and the mechanism of cardiac toxicity induced by silica nanoparticles.

纳米二氧化硅作为目前应用最为广泛的纳米材料，其生物安全越来越受到研究者的关注。近年来的研究发现，纳米二氧化硅可以引起心脏毒性。而且细胞凋亡可能是纳米二氧化硅引起心脏毒性的重要机制之一。自噬是细胞内一种溶酶体依赖的细胞内物质进行周转的机制，对生物体正常状态的维持至关重要。多种纳米颗粒都被证明可以引起细胞自噬，并且这种自噬在大多数情况下促进细胞死亡。对于纳米二氧化硅是否能引起心肌细胞自噬，其机制是什么？以及纳米二氧化硅可能引起的自噬对细胞命运有怎样的影响均未见报道。自噬是区别于细胞凋亡的另一种细胞程序性死亡路径，但二者的信号通路在某些环节可能存在交叉。本项目以H9c2细胞为研究模型，深入开展纳米二氧化硅对心肌细胞H9c2细胞自噬和凋亡的影响，并结合二者之间的相互关系及相关机制进行研究，探讨纳米二氧化硅对心肌细胞H9c2自噬的影响以及自噬对细胞命运的作用；并探讨纳米二氧化硅诱导心肌细胞H9c2自噬与凋亡的相互作用；分析beclin1基因在纳米二氧化硅诱导心肌细胞H9c2凋亡中的作用。可为纳米二氧化硅引起心脏毒性的作用机理及对纳米二氧化硅的安全性评价提供新的线索和理论支持。

纳米二氧化硅作为目前应用最为广泛的纳米材料，其生物安全越来越受到研究者的关注。近年来的研究发现，纳米二氧化硅可以引起心脏毒性。而且细胞凋亡可能是纳米二氧化硅引起心脏毒性的重要机制之一。自噬是细胞内一种溶酶体依赖的细胞内物质进行周转的机制，对生物体正常状态的维持至关重要。多种纳米颗粒都被证明可以引起细胞自噬，并且这种自噬在大多数情况下促进细胞死亡。对于纳米二氧化硅是否能引起心肌细胞自噬，其机制是什么？以及纳米二氧化硅可能引起的自噬对细胞命运有怎样的影响均未见报道。自噬是区别于细胞凋亡的另一种细胞程序性死亡路径，但二者的信号通路在某些环节可能存在交叉。 本研究选用大鼠H9c2心肌细胞为研究对象，以60nm纳米二氧化硅颗粒为受试物，采用CCK-8法检测细胞不同浓度染毒后不同时点（6，12，24，28h）的细胞存活率，用透射电镜检测进入大鼠心肌细胞内的纳米二氧化硅引起的细胞自噬小体。流式细胞术检测细胞内活性氧水平及细胞凋亡率，免疫荧光法定位并半定量检测细胞内自噬相关蛋白LC3的数量。.CCK-8结果显示，纳米二氧化硅可有效抑制细胞生长，随着浓度的增大对细胞的毒性效应不断增大，其中作用24h后的细胞活性最为稳定。纳米二氧化硅可以诱导心肌细胞自噬，并且诱导H9c2心肌细胞内LC3蛋白表达改变明显变化。 纳米二氧化硅诱导后的细胞凋亡率随浓度剂量的升高而升高。自噬抑制剂组凋亡率及活性氧水平偏高，且高于凋亡抑制剂组。在抑制剂作用下，纳米二氧化硅诱导大鼠H9c2心肌细胞内的LC3、Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白表达均有变化，其中，与对照组及100g/ml纳米二氧化硅组相比，自噬抑制剂能抑制 LC3Ⅰ向LC3Ⅱ转变，促进Bax和Caspase-3的蛋白表达；凋亡抑制剂能抑制Bax和Caspase-3的蛋白表达并促进LC3Ⅰ向LC3Ⅱ转变，抗凋亡蛋白Bcl-2明显升高。.纳米二氧化硅引发大鼠H9c2心肌细胞出现细胞毒性；并可诱导H9c2心肌细胞自噬和凋亡；且诱导的细胞自噬和凋亡之间具有相互抑制的关系。