纳米二氧化钛免疫毒性及表观遗传学调控研究

纳米材料生物效应与安全性已引起高度关注，作为目前广泛使用的纳米材料之一，纳米TiO2可引起免疫细胞损伤，但其免疫毒性尚无系统研究，在此过程中涉及的分子改变与机制依然不清楚。本研究拟建立体内和体外纳米TiO2暴露模型，对动物和细胞暴露后的免疫损伤进行系统检测，并对纳米TiO2的晶体构型、尺寸、剂量和时间效应进行评价，同时运用MeDIP-chip、CHIP-seq和SoliD高通量测序技术，从DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码小RNA不同角度检测纳米TiO2暴露后产生的全基因组表观遗传学改变，并针对产生特异性改变的免疫调节关键基因进行DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNAs调控分析，探讨纳米TiO2诱发免疫损伤的表观遗传学分子调控机制，通过生物信息学分析整合数据，构建纳米TiO2免疫毒性表观遗传调控核心分子网络，筛选敏感表观遗传学分子标志物，为纳米材料安全性评价提供依据。

纳米材料生物效应已引起高度关注，作为广泛使用的纳米材料之一，目前对纳米TiO2 的免疫毒性知之甚少，在此过程中涉及的表观遗传分子改变与机制依然不清楚。本项目以纳米TiO2致免疫损伤的表观遗传学调控机制为切入点，对暴露于纳米TiO2后免疫系统的改变进行检测，同时从DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码小RNA不同角度检测纳米TiO2 暴露后产生的全基因组表观遗传学改变，深入探讨纳米TiO2 诱发免疫损伤的表观遗传学分子调控机制。TiO2纳米颗粒的免疫毒性研究发现，支气管滴注暴露可引起脾脏充血和淋巴结蓄积，并引发脾脏T、B淋巴细胞增殖能力增加、NK细胞活性增强和外周血B细胞数增加，刺激机体产生系统免疫应答。同时，本研究发现TiO2的免疫毒性与纳米颗粒的粒径大小和暴露剂量均有显著相关，提示纳米颗粒的毒理学效应与比表面积有密切关系。TiO2纳米颗粒表观遗传调控机制研究发现，纳米TiO2可引起巨噬细胞RAW264.7基因组甲基化、H3K27组蛋白乙酰化和miRNAs表达谱发生改变，差异表达基因与免疫和肿瘤相关的细胞通讯和信号转导通路关系密切。进一步研究发现纳米TiO2可通过对甲基化转移酶的影响改变基因组DNA甲基化程度，miR-350可通过对PIK3R3基因负向调控促进RAW264.7细胞的凋亡。通过生物信息学对差异表达的miRNAs以及启动子差异甲基化和组蛋白乙酰化的基因进行综合分析，结果显示，miR-350、miR-29b等7个miRNAs在网络调控中起到关键作用，表观遗传学共同调控的信号通路为MAPK signaling pathway，提示纳米TiO2可通过表观遗传学调节重要信号通路影响免疫应答。研究围绕任务书所确立的主要内容开展，如期完成预期目标，课题研究结果为进一步明确纳米颗粒毒性机制、寻找纳米分子生物标志以及开展纳米材料安全性评价提供依据。本研究共发表学术论文12篇，其中SCI和EI收录10篇，另有已接收SCI论文3篇。承办全国会议1次，参加国际会议4次，全国会议8次，其中3次邀请会议报告。作为团队成果的一部分，2015年获教育部自然科学一等奖一项。此外，2012年获江苏省青蓝工程优秀青年教师，2013年获江苏省333工程第三层次培养对象和江苏省六大人才高峰。指导毕业硕士研究生3名，目前指导在读博士生3名，硕士生4名。