基于金属组学揭示纳米银肝细胞毒性的分子机制

Nowadays, silver nanoparticles (Ag NPs) have been widely applied in the medical, health and personal products due to its extraordinary antibacterial property. However, the environmental and health exposure risks from Ag NPs are increasing with the explosive Ag NPs-based goods in the market. And there is still lack of systemic and in-depth studies to gain the knowledge of Ag NPs toxicity such as its hepatic toxicity, which is needed to be further investigated and understood. Especially, there are some bottleneck problems, e.g. the intracellular distribution of Ag NPs with various physicochemical properties, the interaction between Ag NPs and protein, the size and ion effects of Ag NPs. In order to investigate these scientific issues, we will employ the metallomics to study the toxicity mechanism of Ag NPs. First, utilizing the hepatic cell lines, the toxicity, location and distribution of Ag NPs with various physicochemical properties in the cells will be studied. Then, the intracellular species of Ag NPs (i.e. Ag NPs and Ag+) and their proportion will be analyzed. Following, the proteins which interact with Ag NPs in the cells will be screened and identified. Finally, the effects of Ag NPs on the structure and function of proteins will be evaluated to reveal the molecular mechanism involved in the toxicity of Ag NPs. We believe this project will provide the important scientific bases and valuable information to understand the hepatic toxicity mechanism of Ag NPs.

由于纳米银优异的抗菌性，使其被广泛地应用于医疗、卫生和消费品中。同时，日益增长的市场需求和产品品种也增加了纳米银暴露的环境风险和健康风险。然而，目前对纳米银毒性的认识（如纳米银的肝毒性）还缺乏系统和深入的研究，需要更多的科学证据阐明。特别是目前的研究还存在很多瓶颈问题，如不同物理化学性质纳米银在细胞内的归趋、纳米银与重要蛋白的相互作用、纳米银的“颗粒效应”与“离子效应”等。为了探索和解决这些科学问题，我们将利用金属组学的研究手段（如金属元素分析和蛋白结构鉴定等），（1）通过体外肝细胞模型，考察不同物理化学性质的纳米银导致肝细胞毒性的差异，并对纳米银的亚细胞分布进行定位；（2）研究纳米银的胞内存在形态（纳米银和银离子），并筛选和鉴定与纳米银和银离子相互作用的重要蛋白。（3）考察纳米银对蛋白结构和功能的影响，并探索它们相互作用的分子机制。本项目将为深入揭示纳米银的肝脏毒性机制提供科学依据。

纳米银是最为重要的一类人工纳米材料，已作为新一代的抗菌剂被广泛应用。在使用含有纳米银的产品时，就会造成人体暴露和环境释放的可能。虽然目前对于纳米银的生物毒性有一定的了解，但具体的分子作用机制和作用过程还了解的不充分，亟待进一步深入的探索。本项目利用金属组学的研究方法，同时结合分子生物学方法，对纳米银肝细胞毒性的分子机制进行了研究和探索。在本项目研究中，我们特别关注了纳米银颗粒及其释放的银离子与细胞内蛋白分子的作用。最终，我们筛选和识别了54种纳米银颗粒作用蛋白，以及8种重要的功能性蛋白（如谷胱甘肽S移换酶、过氧化物酶、半乳糖凝集素3等）会与纳米银颗粒释放的银离子形成“Ag-蛋白复合物”。通过本项目的研究，针对纳米银的肝细胞毒性机制获得了关键性的实验证据，明确了纳米银颗粒及其释放的银离子与细胞内蛋白的直接作用，并揭示了重要的蛋白作用靶点。以上发现可以为理解纳米银的生物机制及环境健康效应提供重要的科学依据。