纳米银结合蛋白分子对乳腺上皮细胞毒性的影响及机制研究

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背景纳米银因其独特的物理化学性质,被广泛应用在工业、生物医药和日常用品等领域。纳米银的广泛应用不可避免地导致其在生产、运输、使用和处置过程中与人们接触。有研究表明,纳米材料进入生物环境后,它们的表面迅速被蛋白质包裹,形成“蛋白冠”。蛋白冠的形成可以显著影响纳米材料的生物效应和毒性。然而,目前对于纳米银蛋白冠的组成并没有统一的结论,有关纳米银-蛋白质复合物影响细胞毒性的作用机制仍不十分清楚,亟需深入开展相关研究。目的本研究以小鼠乳腺上皮细胞为模型,明确纳米银结合血清蛋白分子对细胞毒性的影响,解析纳米银-蛋白质复合物改变细胞毒性的作用机制。方法利用Alamar blue法测定细胞活力,利用Cyto Tox-ONE法检测细胞膜完整性,并通过荧光探针DCFH-DA法测定细胞内活性氧(ROS)的含量。纳米银与小鼠血清孵育后,结合聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和液相色谱质谱(LC-MS)技术,对纳米银结合的蛋白质分子进行分离、鉴定和分析。通过透射电子显微镜(TEM)技术观察纳米银在细胞内的分布。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术测定细胞内纳米银的含量,并分析纳米银结合蛋白分子前后银离子的释放率。通过转录组测序技术(RNA-seq)分析纳米银-蛋白质复合物暴露后的差异表达基因,进行信号通路富集分析,鉴定纳米银-蛋白质复合物调控细胞毒性的生物学过程。通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)对参与关键生物学过程的差异表达基因进行验证。结果1.纳米银与小鼠血清孵育后,结合的蛋白质分子主要包括血清白蛋白、补体蛋白、载脂蛋白、免疫球蛋白和骨架蛋白。不同粒径和表面修饰的纳米银结合蛋白分子的种类和数量没有显著差异。2.细胞活力实验结果显示,与对照组相比,纳米银-蛋白质复合物暴露组的细胞活力没有显著变化。与纳米银暴露组相比,纳米银-蛋白质复合物暴露组的细胞活力在24 h增加18.5%,在48 h增加9.3%。3.TEM结果显示,纳米银和纳米银-蛋白质复合物暴露后,细胞内均可以观察到纳米颗粒,这些颗粒主要分布于吞噬小体内。相比于对照组和纳米银暴露组,纳米银-蛋白质复合物暴露组的细胞粘附增加,细胞间隙显著减小。细胞内银含量的测定结果显示,与纳米银暴露组相比,纳米银-蛋白质复合物暴露组的银含量减少约2倍。4.银离子释放率的分析结果显示,纳米银-蛋白质复合物释放的银离子与纳米银相比增加约1.5倍。5.RNA-seq结果显示,纳米银-蛋白质复合物暴露后产生的特有差异表达基因共130个,其中,上调基因106个,下调基因24个。对差异表达基因进行GO富集分析发现,大量与细胞黏连相关的生物学过程被激活,包括质膜粘附分子和细胞粘附分子;相反,脂肪酸代谢相关的生物学过程被抑制,包括乙酰辅酶A酰基转移酶活性和硬脂酰辅酶A9-脱饱和酶活性。6.q RT-PCR验证RNA-seq结果中关键生物学过程的差异表达基因(IL1α、BMP6、TNFα、SLC2A3和PCDHGA3)m RNA表达水平,发现5个基因的变化趋势与测序结果一致。结论1.纳米银结合的主要蛋白分子为血清白蛋白、补体蛋白、载脂蛋白、免疫球蛋白和骨架蛋白。2.纳米银结合蛋白质分子后降低对乳腺上皮细胞的毒性效应。3.作用机制方面,纳米银结合蛋白分子后降低乳腺上皮细胞对纳米银的摄取,增加细胞粘附,并干扰脂肪酸代谢过程。
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