【摘 要】
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表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)是一种前景广阔的纳米医药潜力材料,它在功能性分子的生物递送中发挥着重要作用,在疾病的诊断和治疗中已经得到越来越多的关注。然而MSNs潜在细胞毒性却仍未被广泛的研究和评估,这阻碍了其在医药卫生领域的应用。内皮是人体最大的屏障也是分泌器官,是决定人体健康的重要防线。然而MSNs这种纳米材料无论口服还是注射都无可避免地进入内循环系统,且直接接触内皮,因此研究这些
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表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)是一种前景广阔的纳米医药潜力材料,它在功能性分子的生物递送中发挥着重要作用,在疾病的诊断和治疗中已经得到越来越多的关注。然而MSNs潜在细胞毒性却仍未被广泛的研究和评估,这阻碍了其在医药卫生领域的应用。内皮是人体最大的屏障也是分泌器官,是决定人体健康的重要防线。然而MSNs这种纳米材料无论口服还是注射都无可避免地进入内循环系统,且直接接触内皮,因此研究这些MSNs的内皮毒性至关重要。我们的研究表明未修饰的MSNs,氨基化修饰的MSNs(MSNs-NH2)或脂质体修饰的MSNs(LMSNs)均有不同程度的细胞毒性,而聚乙烯亚胺修饰后(MSNs-PEI)显著降低了MSNs的细胞毒性,甚至在浓度高达100μg/mL时无明显细胞毒性。然而,MSNs-PEI对血管内皮细胞(Vascular Endothelial cells,VECs)并非完全没有影响,我们通过形态学分析、透射电镜及Western blot等发现其扰动VECs自噬。随后我们利用经典的自噬上、下游抑制剂和串联荧光质粒mRFP-GFP-LC3发现MSNs-PEI处理后诱导了VECs自噬体的积累。免疫荧光等结果进一步表明MSNs-PEI处理导致自噬体异常积累是由于自噬体未与溶酶体融合,MSNs-PEI并不损伤溶酶体,而是阻断自噬体与溶酶体融合,最终导致自噬体积累,这是许多纳米颗粒(NPs)细胞毒性的重要机制。随后通过免疫荧光和免疫共沉淀发现MSNs-PEI处理后突触融合蛋白17(Syntaxin 17,STX17)不能募集到自噬体上,导致STX17-VAMP8-SNAP29复合物无法形成,这可能是MSNs-PEI抑制自噬体溶酶体融合的分子机制。此外,我们发现MSNs-PEI诱导细胞骨架结构改变,但不引起内质网(Endoplasmic Reticulum,ER)应激。我们通过Western blot和流式细胞术检测MSNs-PEI处理后的培养液上清,发现上清中含有LC3B,这一发现被免疫荧光实验证实。进一步,通过电镜超微结构分析发现在胞外空间中自噬体被包裹在1-2μm的微泡(Microvesicles,MVs)中,且Western blot结果显示当使用MVs出泡抑制剂时,上清中LC3B显著减少。综上MSNs-PEI处理后的VECs中由于自噬降解被阻断导致自噬体异常积累,这些积累的自噬体通过MVs被释放到细胞外空间。此外,通过自噬上游抑制剂3MA和ATG5 siRNA转染抑制自噬体形成或使用MVs出泡抑制剂阻断MVs介导的自噬体释放导致MSNs-PEI处理的人脐静脉血管内皮细胞(Human Umbilical Vein Endothelial Cells,HUVECs)中线粒体受损并产生过量的ROS,进而导致细胞死亡。体内实验中通过各器官苏木精-伊红染色(Hematoxylin-Eosin Staining,HE)和血管Tunel(Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling)染色验证了MSNs-PEI无明显体内毒性。通过胸主动脉血管Enface免疫荧光和横切免疫组化染色证明了MSNs-PEI在体内扰动血管内皮自噬,此外Western blot结果显示在小鼠血清中LC3B明显升高,这一发现被电镜超微结构分析证实。综上所述,我们首次发现了一种维持细胞稳态的代偿机制,即当MSNs-PEI抑制VECs的自噬体降解时,MVs介导的自噬体释放能够缓解自噬抑制压力,维持VECs存活。促进积累的自噬体的释放可能是对抗NPs内皮毒性的重要保护性机制。
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