无定形纳米二氧化硅引起自噬功能紊乱及其分子机制研究

Autophagy dysfunction is considered as an important toxic mechanism of nanomaterials recently. Our preliminary study found that silica nanoparticles induced autophagy and perhaps blocked autophagic degradation, while the specific mechanism remains unclear. Therefore, the present study is to explore the effect of silica nanoparticles on autophagy and autophagic flux in vivo and vitro, and confirm the relationship between silica nanoparticles and autophagy dysfunction. Then explore the possible mechanism of autophagy dysfunction induced by silica nanoparticles. ROS inhibitor and gene-knockdown will be used to explore that silica nanoparticles induce autophagy through ROS production and ER stress activation. To explore whether silica nanoparticles inhibition autophagic degradation is caused by lysosomal dysfunction, the pH change and the expression and enzyme activity of cathespinB and cathespinD in lysosome will be measured. Therefore, this study will clarify that silica nanoparticles could promote autophagosome formation and inhibit autophagosome degradation, leading to autophagy dysfunction. The present study provide theoretical basis for the toxic mechanism of silica nanoparticles, and have great scientific significance for the safety evaluation of silica nanoparticles.

自噬功能紊乱近期被认为是纳米材料的重要毒性机制。课题组前期研究发现纳米SiO2可诱导自噬并可能引起自噬体降解的阻断，但具体作用机制不清。因此，本课题在体内体外条件下进一步研究纳米SiO2对自噬和自噬流的影响，明确纳米SiO2与自噬功能紊乱的关系，在体外条件下深入研究纳米SiO2引起自噬功能紊乱的可能分子机制，采用ROS抑制剂和knockdown技术，验证纳米SiO2通过产生ROS和激活内质网应激引起细胞自噬；通过检测溶酶体pH值变化和组织蛋白酶cathespinB、cathespinD的表达及酶活性，探讨溶酶体功能损伤致自噬体降解抑制的机制，从而阐明纳米SiO2促进自噬体形成和抑制自噬体降解并引起自噬功能紊乱的分子机制。本研究将为纳米SiO2的毒性机制研究提供理论基础，对纳米SiO2的安全性评价有重要的科学意义。

自噬功能紊乱被认为是纳米材料的重要毒性机制，课题组前期研究发现纳米SiO2可引起自噬体的累积，但具体机制不清。本项目明确了纳米SiO2可引起自噬功能紊乱，并深入研究了其分子机制。主要研究结果为：（1）纳米SiO2被细胞摄取后可产生细胞毒性，抑制肝细胞增殖并存在剂量和时间依赖效应；（2）纳米SiO2促进自噬体的积累诱导自噬发生；（3）纳米SiO2可阻断自噬流引起自噬功能紊乱；（4）纳米SiO2进入细胞后，刺激ROS产生，诱导ER stress，激活PERK和ATF6信号通路，上调其下游转录因子ATF4和CHOP的表达，ATF4和CHOP转移入核进而上调自噬基因LC3B和Atg12的表达，直接增加自噬体的形成，促进自噬体的积累；（5）纳米SiO2进入细胞后，主要沉积在溶酶体中，通过破坏溶酶体超微结构、增大溶酶体膜通透性，下调组织蛋白酶的表达，从而损伤溶酶体功能，阻断了自噬体与溶酶体的融合，抑制自噬体降解。综上，我们的研究提出纳米SiO2通过促进自噬体的合成并抑制自噬体降解引起自噬功能紊乱，对细胞造成毒性。本研究为纳米材料对细胞自噬影响的深入机制研究，为纳米SiO2毒理学研究及安全性评价提供了新依据，具有重要科学意义。