碳纳米管暴露致肺免疫毒性介导凝血纤溶系统改变的间接毒性作用研究

Epidemiology studies showed that atmospheric fine particles are important environmental factors to cardiovascular diseases. Nanotoxicology studies also confirmed that some nanoparticles could enter into blood circulation by inhalation. All these studies indicated that nanomaterials exposure would have potential influence on cardiovascular system and it is possible induce or aggravate cardiovascular disease. In our previous research results, we found that the erythrosedimentation (ESR) and endothelial protein C recepter (EPCR) were increased with the dose of carbon nanotubes exposure, which indicated that carbon nanotubes exposure could induce disorder between cruor and anti-cruor blance. So we have a hypothesis that the effects of carbon nanotubes on blood coagulation and fibrolysis system mediated by immunotoxicity in lung. We will use intratrachea instillation and cell culture to imitate immunological reaction induced by single walled carbon nanotubes to observe the indirect damage to blood-fibrolysis and its mechanism by RT-PCR、 Western-blot and RNAi. The results will provid some theory and technology foundation for biology safety of nanomaterials.

流行病学研究表明大气细颗粒物暴露是引发心血管系统疾病的主要环境因素；纳米毒理学研究也证实某些纳米粒子可通过吸入方式进入血流，参加全身血液循环；这些研究均提示纳米材料暴露对心血管系统存在潜在影响并可能诱发或加重心血管疾病。前期研究集中在CNT对呼吸系统和血液造成的直接损伤方面，对CNT通过影响肺部免疫毒性介导血液毒效应的间接毒性并没有做深入的研究。本项目提出"碳纳米管暴露致肺免疫毒性损伤介导凝血纤溶系统功能改变的间接毒性作用机制"。拟选择碳纳米管为研究对象，采用大鼠气管滴注染毒动物模型和细胞暴露反应模型，从分子、细胞、组织器官和整体水平研究其对凝血纤溶系统损伤的间接作用形式和特点，利用RT-PCR、Western-blot及反义核酸等分子生物学技术重点探讨其分子机制。研究成果可为深入开展纳米材料生物安全性特别对心血管系统的影响研究奠定一定的理论和技术基础。

大量科学研究已证实纳米材料暴露对心血管系统存在潜在影响并可能诱发或加重心血管疾病，而对单壁碳纳米管（SWCNTs）通过影响肺部免疫毒性介导血液毒效应的间接毒性并没有做深入的研究。本课题主要从整体水平试验和细胞水平试验两个方面，开展SWCNTs对肺免疫毒性、对血管内皮系统、凝血纤溶系统功能的影响；通过建立细胞模型开展SWCNTs对肺泡巨噬细胞（RAMs）的毒性及其介导的血管内皮细胞间接毒性作用及相关机制研究。研究结果显示，SWCNTs经呼吸道暴露能够导致大鼠肺部免疫损伤、血管内皮凝血、抗凝功能紊乱及血管内膜损伤。研究发现肺免疫毒性在介导SWCNTs所致机体凝血纤溶系统改变中发挥重要作用，其作用机制之一是SWCNTs通过导致大鼠RAMs释放炎症因子，从而间接介导血管内皮功能障碍，进而使机体发生凝血纤溶相关活化因子的改变，炎性因子在诱发血管内皮功能损伤方面起关键作用，p38MAPK途径和JNK途径是参与炎性因子作用的主要信号调控通路，相对SWCNTs直接暴露而言，SWCNTs的间接暴露对于诱发血管内皮功能紊乱方面的作用可能更为显著。研究结果还显示，SWCNTs对RAMs具有细胞毒性，能够导致其结构和功能的损伤，包括对RAMs的细胞活性、超微结构、吞噬功能、氧化应激水平、胞内钙离子浓度、细胞凋亡及分泌细胞因子等诸多方面的影响。研究发现导致这些毒性效应的分子机制是一个复杂的信号网络。SWCNTs可能通过活化RhoA/ROCK通路破坏细胞骨架蛋白及细胞功能，并参与细胞氧化应激反应。而RAMs在暴露SWCNTs后出现的自噬现象及内质网应激，与细胞内PI3K/mTOR途径的激活有关。同时，RAMs在SWCNTs的刺激下，能够持续分泌前炎症因子，蛋白芯片的结果发现有13种细胞因子在细胞上清液中差异表达，其中，JNK/c-Jun/NF-κB途径的活化是诱导RAMs细胞发生免疫炎性损伤的分子机制之一。本课题提出的关于SWCNTs所致肺免疫毒性介导凝血纤溶系统损伤的间接毒性作用是区别于以往研究认为的纳米材料直接作用的一个重要发病机制。本课题研究成果可为深入开展纳米材料生物安全性研究及其毒性作用的分子机制提供重要的理论和技术支持。