納米材料毒性的研究進展

張麗慧，田秋月，朱小勇

納米材料毒性的研究進展

張麗慧，田秋月，朱小勇

（銅仁職業技術學院， 貴州 銅仁 554300）

這些年來，隨著納米材料的廣泛應用，各種各樣的納米產品走進了我們的日常生活中， 從而使得更多人開始去關心納米材料對人身體的影響。近年來，研究者們對納米材料的毒性展開了很多的研究，研究發現研究納米材料能夠對細胞、器官和組織等引發的毒性。進一步研究發現納米材料產生毒性的機制主要包括有氧化應激、炎癥反應。最后導致細胞發生凋亡[1]。對于了解納米材料的引發毒性的機制，如何使人們能夠安全的使用納米材料的具有非常重要的意義。本文總結了納米材料的幾種毒性機制。

納米材料； 毒性； 研究進展

納米材料指的是至少有一維的尺度范圍在1~100 nm之間[2]。這些年隨著納米科技的日益發展，許多納米材料已廣泛應用于人們生活的各個領域，例如農業，化工生產，醫藥生產等領域，這樣就導致了大量的納米材料進入到我們生活的環境中，進而使得我們在工作和生活中大量的接觸到各種各樣的納米材料。 據相關文獻報道納米材料可以應用于食品添加劑、涂料、化妝品等產品[3]。在生物醫藥領域，納米材料的應用主要包括醫療診斷、靶向輸運藥物、醫學成像等[4]。由于納米材料尺寸比較小， 所以比較容易通過呼吸道、食道、甚至皮膚等途徑侵入到我們的體內[5]。這樣就會嚴重威脅到我們人體的健康，所以我們非常有必要去了解納米材料有哪些毒性。

這些年來關于納米毒性的研究工作，已有大量的研究者有相關發現和報道，研究者們從體內和體外的試驗結果中發現了納米材料引發毒性的機制，進而得到了一些相同的的結論。結果的數據表明，納米材料能夠使機體產生氧化應激和炎癥反應[6]，最后對機體產生毒性的作用。納米材料產生毒性的過程的機制主要是納米材料使細胞產生生活性氧，然后大量的活性氧又會使細胞的產生氧化應激反應，最終誘發各種疾病的發生。

1 納米材料引發細胞產生氧化應激

一般來說，活性氧的產生與數量是維持在一定的平衡狀態的。活性氧能夠在正常細胞的生長發育中不斷地產生，參與正常機體內的各種有益的生命活動，但是，如果在機體生長發育階段，活性氧的的產生太多了，超過了機體清除活性氧的水平。就會影響機體的生命活動，正常生理狀態下，機體的活性氧處于動態平衡之中，但是如果活性氧太多，使得機體無法有效清除的時候，就會使機體處于氧化應激的狀態，如果氧化應激的情況比較嚴重就會使使機體的組織和器官發生嚴重的病變。由此看來，當細胞內的活性氧超過一定的量，就使細胞產生氧化應激，最終導致細胞的損害，有研究者研究發現SiO2納米材料能夠誘導小鼠EAC細胞和L1210白血病產生活性氧[7]。Rahman等[15]發現納米顆粒和細胞膜相互作用后產生了活性氧，觸發氧化應激的產生，從而引起細胞膜脂的破裂和細胞內Ca2+穩態失去平衡，最后引發細胞凋亡。

2 納米材料誘發細胞產生炎癥反應

許多研究表明納米材料還能誘發細胞產生炎癥反應[8]。研究發現，一些納米材料可以通過使免疫細胞內的炎癥小體活化，產生促炎性因子IL-1，進而誘導細胞產生炎癥效應， 有文獻報道經氨基修飾過的聚苯乙烯納米材料能夠使細胞產生炎癥反應[9]。炎癥反應發生的過程指的是是機體的免疫系統被活化進而識別并清除掉入侵的各種病原微生物的一系列過程[1]，納米材料通過內吞作用得以進入到免疫細胞內部，從而能夠刺激免疫細胞產生大量的促炎性因子和趨化因子，最后誘導炎癥反應的產生[1]。納米材料對炎癥反應的影響還包括對Th1/Th2 免疫反應的調節。Wang 等[10]研究發現給小鼠注射兩種不同晶型的 二氧化鈦納米材料后，結果檢測到小鼠腦部的二氧化鈦的含量增加，進而取小鼠的腦組織進行一些列的氧化損傷和病理學檢查。 研究人員發現二氧化鈦能夠在腦組織中發生沉積聚集， 沉積的二氧化鈦又能夠進一步誘發腦組織的脂質過氧化以及蛋白質的氧化， 最后導致谷胱甘肽和一氧化氮的釋放。也有報道發現銳鈦礦型的二氧化鈦能夠引起更高的毒性效應，同時還具有時間依賴型效應，隨著時間的延長，二氧化鈦納米顆粒的沉積量變多，最終使TNF-和IL-1兩種炎性因子的表達升高，最后引起炎癥反應[11]。

3 納米材料引發細胞凋亡

有文獻報道發現納米材料同樣也可引發細胞的DNA損傷和細胞凋亡。研究表明，四氧化三鐵納米顆粒能夠誘導纖維細胞產生凋亡[12]。超順磁性氧化鐵納米顆粒能夠使細胞線粒體的膜電位下降[13]，Metz等報道[14]，人單核細胞經四氧化三鐵納米顆粒給藥4 h后，就能使細胞產生非常明顯的凋亡。納米顆粒引起的凋亡的信號途徑主要是 PI3-K/Akt，通過減少SIRT1的表達，進而促使p53信號因子的激活，最后誘導細胞發生凋亡[15]。也有文獻報道[16]用Annexin V染色法測定經過納米材料作用48 h后細胞的凋亡結果，然后發現四氧化三鐵納米顆粒實驗組的細胞凋亡率為百分之十四，被葡聚糖包裹的四氧化三鐵實驗組的細胞凋亡率為百分之十一，原因可能是由于細胞對四氧化三鐵納米顆粒的大量攝取內吞導致的，結果導使細胞產生凋亡的現象。Wang等[17]用肺的幾類細胞為模型進行研究，發現經修飾過的金納米顆粒能夠聚集于肺癌A549細胞的線粒體，從而最后誘導腫瘤細胞的凋亡。

4 結束語

日常生活中廣泛使用納米材料的的會使我們增加獲得由納米材料產生毒性的機會。例如我們呼吸道的暴露和皮膚接觸以及納米材料在醫學領域的廣泛應用、納米藥物的使用和食品用納米材料的食用，都會使得使各種納米材料及自然環境中的納米尺度的顆粒通過呼吸道、消化道、皮膚等途徑進入到我們人體內。進而對人們造成潛在的危害，揭示納米材料的生物效應及產生毒性的機制，對于使人們安全的使用納米材料制成相關納米產品有著重要的意義。 因此，只有全面了解納米的毒性，才能使我們更加科學安全的去研究和使用各種納米材料。

[1] 徐鶯鶯, 林曉影, 陳春英. 影響納米材料毒性的關鍵因素 [J].科學通報 , 2013, 58(24): 2466-2478.

[2] Roco MC. Broader societal issues of nanotechnology [J]. Journal of Nanoparticle Research, 2003, 5(3-4): 181-189.

[3] Mahmoudi M, Azadmanesh K, Shokrgozar M A, et al. Effect of nanoparticles on the cell life cycle［J］. Chem Rev, 2011, 111: 3407-3432.

[4] Farokhzad O C, Langer R. Impact of nanotechnology on drug delivery［J］. ACS Nano, 2009, 3: 16-20.

[5] Zhao Y, Xing G, Chai Z. Nanotoxicology: Are carbon nanotubes safe［J］.Nat Nanotech, 2008, 3: 191-192.

[6] Li Y, Liu Y, Fu Y, et al. The triggering of apoptosis in macrophages by pristine graphene through the MAPK and TGF-beta signaling pathways［J］. Biomaterials, 2012, 33: 402-411.

[7] SCHARFF P, RITTER U, MATYSHEVSKA OP, et al. Therapeutic reactive oxygen generation [J]. Tumori, 2008, 94(2): 278-283.

[8] Rahman Q, Lohani, Dopp E, et al. Evidence that ultrafine titanium dioxide induces micronuclei and apoptosis in Syrian hamster embryo fibroblasts [J].Environ Health Persp, 2002, 110(8): 797-800.

[9] Li Y, Liu Y, Fu Y, et al. The triggering of apoptosis in macrophages by pristine graphene through the MAPK and TGF-beta signaling pathways［J］. Biomaterials, 2012, 33: 402-411.

[10] Lunov O, Syrovets T,Loos C, et al. Amino-functionalized polystyrene nanoparticles activate the NLRP3 inflammasome in human macrophages［J］. ACS Nano, 2011, 5: 9648-9657.

[11] Wang J X, Liu Y, Jiao F, et al. Time-dependent translocation and potential impairment on central nervous system by intranasally instilled TiO2nanoparticles［J］. Toxicology, 2008, 254: 82-90.

[12] Berry CC, Wells S, Charles S, et al. Cell response to dextran–derivatised iron oxide nanoparticles post internalization [J]. Biomaterials,2004,25(23): 5405-5413.

[13] 李俊峽,張卓立,張莉代,等.超順磁性氧化鐵納米顆粒標記成肌細胞及其對細胞活性的影響 [J].河北醫藥, 2007, 29(2): 102-104.

[14] Metz S, Bonaterra G, Rudelius M, et al. Capacity of human monocytes to phagocytose approved iron oxide MR contrast agents in vitro [J]. Eur J Radiol, 2004, 14(10): 1851-1858.

[15] Xi RG, Huang J, Li D, et al. Roles of PI3-K/Akt pathways in nanoparticle realgar powders-induced apoptosis in U937 cells [J]. Acta Pharmacologica Sinica,2008, 29(3): 355-363.

[16] Huang CM, Wu YT, Chen ST. Targeting delivery of paclitaxel into tumour cells via somatostatin receptor endocytosis [J]. Chem Biol, 2000, 7(7):453-461.

[17] Wang L M, Liu Y, Li W, et al. Selective targeting of gold nanorods at the mitochondria of cancer cells: Implications for cancer therapy［J］. Nano Lett, 2011, 11: 772-780．

Research Progress of the Toxicity of Nanomaterials

（Tongren Polytechnic College, Guizhou Tongren 554300, China）

With wide application of nanomaterials, a variety of nano products enter into our daily lives, so more people begins to care about the impact of nanomaterials on the human body. In recent years, researchers have done a lot of research on the toxicity of nanomaterials, and found that nano materials can cause toxicity to cells, organs and tissues. Further studies have shown that the mechanisms of the toxicity of nanomaterials include oxidative stress and inflammation. Finally, the toxicity of nanomaterials can result in cell apoptosis[1]. It is very important for us to understand the mechanism of the initiation toxicity of nanomaterials. In this paper, several toxic mechanisms of nanomaterials were summarized.

nanomaterials; toxicity; research progress

2017-01-10

張麗慧（1986-），女，土家族，講師，碩士研究生，貴州省銅仁市人，2013年畢業于遼寧大學藥物化學專業，研究方向：從事小分子藥物合成及藥學教學相關工作。

TQ 086.5

A

1004-0935（2017）03-0237-03