蛋白冠状物在SiO2纳米微粒诱发矽肺病过程中的作用机制研究

The interaction between nano-materials and biological systems is a basic research field in the study of nano-medicine and nano-biology. Recent advances in this field suggested that protein corona formed on the surface of a particle entering the biological circumstance might be involved in all the interactions of the particle to the biological system. It is necessary to consider the activities and functions of the protein corona when studying the marterial/bio-system interactions. The present proposal plan to analyze the composition and proteomics of the corona formed on SiO2 nanoparticles to find some possible functional proteins that engaged in the pathogenesis of silicosis. After that, we will systematically investigate the mechanism how the SiO2 nanoparticles influence the key biological signal pathways that may contribute to the tissue fibrosis in silicosis. Additionally, a series of new technics will be developed during the study to ensure the conduction of some key studies. The study has two aims: first, to give new insightful explanation to the pathology of silicosis; second and more importantly, to develop a practical strategy aiming at the canalization of the interactions between nano-materials and the biological system.

纳米物质与生物系统的相互作用是纳米生物医学研究领域的重要基础研究方向。最近的研究发现，纳米材料进入生物环境后，其表面吸附形成的蛋白冠状物参与了材料对生物体的全部作用过程。因此，围绕蛋白冠状物对纳米物质的生物活性进行研究，有望实现该领域的重要突破。本项目拟以矽肺病这种典型的，由可吸入微粒诱发的病理过程为研究对象，分析SiO2纳米微粒在肺组织中形成的冠状物的蛋白组成；利用蛋白质组学的分析手段进行关键生物信息的筛选；最后，通过发展一系列新的针对材料与生物系统相互作用的分析技术，在蛋白相互作用和生物信号转导的分子水平上分析阐明冠状物参与SiO2纳米微粒诱发肺组织纤维化的具体机制。项目研究有望为矽肺病的发病机制提出新解释；更重要的是，该研究可总结发展出一套适用于蛋白冠状物介导的纳米物质生物活性，及纳米材料与生物系统相互作用的研究策略、分析方法和实验技术，从而促进纳米生物医学领域的进展。

本项目探究了纳米物质蛋白冠状物的生物活性及其生物学效应，以典型的由可吸入微粒诱发的矽肺病的病理过程为研究对象，分析SiO2纳米微粒（SiNP）在肺组织中形成的冠状物的蛋白组成，利用蛋白质组学的分析手段进行关键生物信息的筛选，最后，通过发展一系列新的针对材料与生物系统相互作用的分析技术，如颗粒介导的流式检测技术以及颗粒介导的免疫沉淀技术，以此来检测颗粒吸附后TGF-β1蛋白的活性，在蛋白相互作用和生物信号转导的分子水平上分析阐明冠状物参与SiO2纳米微粒诱发肺组织纤维化的具体机制。研究结果表明，进入肺部的二氧化硅粉尘会吸附形成特定的蛋白冠，其能够相对特异性地富集与纤维化密切相关的TGF-β1蛋白，SiNP-100的吸附会阻滞TGF-β1内化，延长其在细胞膜上停留且信号发生的时间，进而增强了EMT过程，这是SiNP通过蛋白冠致使TGF-β1活性异常从而加剧肺纤维化的关键原因。本研究有望为矽肺病的发病机制提出新解释，为揭示纳米颗粒物暴露与人体呼吸类疾病的相关性提供新的理论支持；更重要的是，该研究总结发展出一套适用于蛋白冠状物介导的纳米物质生物活性，及纳米材料与生物系统相互作用的研究策略、分析方法和实验技术，可促进纳米生物医学领域的进展。