内蒙古白云鄂博稀土矿区大气可吸入颗粒物对A549细胞毒理研究

This Study intends to collecte particulate matters in the rare earths mine area of Bayan Obo, Inner Mongolia.The total PMs extracted by ultrasonic method and dissolved in different concentrations. Contents of chemical composition determined by ICP-MS and GC-MS. A549 cells model applied which simulate the process of in vivo exposure.Cytotoxicity of PMs measured by MTT assay，compared with PMs in upwind area and PMs in downwind area on the A549 cytotoxicity；to examine whether PMs could influence the cell cycle progression, FACS performed, the intracelluar reactive oxygen species (ROS) levels detected as well；the morphological changes of apoptosis of A549 cells observed by the fluorescence microscopy and the intracellular activity of Caspase3/6/8/9 and the content of NF-kappa β(p65) detected；the protein expression profile of A549 cells after intervention by PMs analyized by the proteomics technology, which would provide some information about the differentially expressed proteins,and understand potential toxic effects of rare earths elements in PMs. Differential express protein and biological processes for this proteins of A549 cell after treated by PMs, and analyze the relationship between differentially expressed proteins，cell cycle and apoptosis. On the basis of monitoring environmental PMs and pulmonary function for exposed participants in rare earths mine area.

本研究拟对内蒙古白云鄂博稀土矿区进行空气颗粒物（PMs）取样。超声法提取PMs并配置成不同浓度，运用ICP-MS和GC-MS分析其化学组成。以人肺腺癌A549细胞为模型，采用MTT法测定细胞活力。以稀土矿区上风向空气PMs为对照，观察下风向区PMs对A549细胞活力的影响；采用流式细胞仪观察矿区PMs对A549细胞的影响，检测PMs对A549细胞活性氧水平的影响；采用荧光显微镜观察PMs对A549细胞的凋亡形态学的影响，并对细胞内Caspase3/6/8/9以及NF-kβ(p65)表达量进行检测；釆用蛋白质组学方法比较不同区域PMs对A549细胞蛋白表达谱的差异，得出空气PMs中稀土元素潜在的毒性作用。筛选干预A549细胞的过程中差异表达的蛋白及它们参与的生物过程，分析差异蛋白与A549细胞周期、细胞凋亡之间的关系.为评价稀土矿区环境颗粒物对呼吸系统危害提供基础数据。

白云鄂博稀土矿是目前我国最大的稀土矿区，为电子工业、军工和半导体行业提供核心原料，具有极高的战略意义。本项目以白云鄂博矿区大气颗粒物为研究对象，研究其潜在的细胞毒性分子机制。通过对其化学组分的采集、分析以及相关细胞毒性、细胞周期和ROS检测评价其细胞毒性大小，并通过蛋白组学和分子生物学方法筛选和鉴定差异表达蛋白，对其在暴露过程中所扮演的角色进行研究。研究结果发现，矿区颗粒物水溶性组分中含有大量金属元素Fe、Zn、Cu、Mn和轻稀土元素La、Ce、Nd，以及SO42-和NO3-等多种离子。它们会抑制细胞活性，在细胞复制过程中G1期细胞比例会减少，将细胞滞留在G2/M期。应用Itraq法鉴定得到2430种蛋白，其中有146种差异表达蛋白，对其中38种蛋白进行了验证。通过GO和KEGG富集分析，发现差异表达蛋白主要富集在核糖体相关途径，蛋白质合成、定位和组装途径，以及一些细胞应激反应相关途径。抑制RPL6、RPL18A、RPL13和HIS1H4A表达，测定细胞周期相关蛋白的表达量，探讨其与细胞周期之间的潜在联系。大气颗粒物对A549细胞核糖体蛋白功能的影响以及相关机制，在此之前还未有文献报道。通过对潜在毒性机制的研究，可能为今后矿区大气颗粒物毒性研究探明条新途径。