对比羧基化多壁碳纳米管和羧基化石墨烯预暴露对乙型肝炎病毒所致肝损伤的作用研究

Carbon nanotube (CNT) and graphene are two kinds of carbon-based nanomaterials with many potential applications. Their immunotoxicity has caused much concern. Realistic exposures to carbon nanotube and graphene may occur in conjunction with other pathogenic impacts and trigger enhanced responses. It have been reported that CNT and graphene can accumulate in liver and cause hepatic injury by activating macrophage. Meanwhile, Hepatitis B Virus (HBV) infection is very common in China, which can activate immune cells including macrophages in body. Based on our previous studies, in this study, we will evaluate the effects of CNT and graphene pretreatment on hepatic injury caused by HBV and the molecular mechanisms involved in this process in vitro and in vivo. Furthermore, we will explore the role of macrophage activation induced by CNT and graphene pretreatment in the hepatic injury caused by HBV infection. These findings will shed light on our understanding of the healthy risk caused by CNT and graphene in conjunction with HBV.

碳纳米管和石墨烯作为具有广泛应用前景的两种碳纳米材料，虽然其理化性质差异显著，但均可在肝脏聚集，并激活巨噬细胞，引起一定程度的肝脏免疫毒性损伤。同时，我国是乙型肝炎病毒（HBV）感染高发区，HBV感染后引起巨噬细胞等免疫细胞异常活化，导致肝脏免疫毒性损伤。目前纳米材料的免疫毒性研究多专注于材料单独暴露的毒性，而对材料与其它致病因素联合暴露的毒性特征缺乏深入了解。本项目拟在前期工作基础上，模拟人群中纳米材料暴露继发HBV感染，1)建立体外细胞和体内动物模型，对比两种碳纳米材料预暴露对继发HBV感染所致免疫毒性肝损伤的生物效应；2)对比两种碳纳米材料预暴露对巨噬细胞的免疫调节作用，并明确其在HBV感染所致的免疫毒性肝损伤中的作用；3)进一步在分子水平上阐明纳米材料预暴露对HBV感染所致免疫毒性肝损伤生物效应的机理，为评价不同碳纳米材料与HBV联合暴露对机体的健康危害提供科学依据。

肝脏是纳米材料在体内分布的重要场所。位于肝脏中的纳米材料可造成一定的生物效应，而目前对纳米材料对致肝炎因素所致肝损伤的影响尚不清楚。本课题探讨了纳米材料预暴露对致病因素（刀豆蛋白ConA）引发肝脏损伤敏感性的影响，有以下发现：.1）羧基化多壁碳纳米管和羧基化石墨烯经尾静脉预暴露均可加重ConA所致的肝损伤，该效应成剂量依赖性。与羧基化石墨烯相比较，羧基化多壁碳纳米管引发的肝脏毒性效应(肝脏病理、转氨酶水平、氧化应激、炎症因子等)更为显著，提示形状是二者引发毒性差异的重要因素。对其机制研究发现，巨噬细胞在纳米材料加重ConA所致肝损伤中发挥关键作用。进一步以巨噬细胞为体外模型，发现羧基化多壁碳纳米管具有更强的细胞毒性，更容易进入巨噬细胞，可能通过激活炎症体NLRP3，刺激细胞产生更多的炎性因子IL-1β。.2) 与单独暴露镉或TiO2纳米颗粒（TNP）相比较，镉和TNP共同暴露在ConA诱导的肝炎鼠模型中产生了更严重的肝损伤，表现为肝脏病理改变的加重、血中转氨酶水平升高等。对其可能机制的探讨发现，TNP和镉共暴露在肝脏中引起更为显著氧化应激及更高水平的炎症反应。这些变化可能与TNP促进了镉离子在肝脏中的积累有关。.本课题以ConA肝炎小鼠为模型，首次报道了相同剂量的纳米材料暴露于肝炎群体可能会造成比健康群体更加严重的肝脏损伤。其中，形状是纳米材料毒性的重要因素。而且，纳米材料与重金属共同暴露会较纳米材料或重金属单独暴露引发的肝脏损伤更为严重。以上研究成果为评价纳米材料、纳米材料与重金属共同暴露对肝炎人群的健康效应提供了重要的实验依据。