納米銅毒性研究進(jìn)展*

荔 霞,劉永明,齊志明,董書偉,劉世祥,王勝義,萬(wàn)玉林,劉 旭

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所,甘肅蘭州 730050;2.中農(nóng)威特生物科技股份有限公司,甘肅蘭州 730046;3.甘肅省動(dòng)物疾病預(yù)防控制中心,甘肅蘭州 730046)

納米銅毒性研究進(jìn)展*

荔 霞1,劉永明1,齊志明1,董書偉1,劉世祥1,王勝義1,萬(wàn)玉林2,劉 旭3

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所,甘肅蘭州 730050;2.中農(nóng)威特生物科技股份有限公司,甘肅蘭州 730046;3.甘肅省動(dòng)物疾病預(yù)防控制中心,甘肅蘭州 730046)

納米銅的誕生給畜牧獸醫(yī)行業(yè)、飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來(lái)技術(shù)上的革命。然而由于納米材料獨(dú)特的納米效應(yīng),導(dǎo)致納米銅可能對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p害,其生物安全性資料極為匱乏,因此必需加強(qiáng)其危險(xiǎn)性評(píng)估。論文介紹了納米材料、納米銅的基本概念、一般毒性、系統(tǒng)毒理學(xué)研究方法的優(yōu)勢(shì)及策略,以及毒理蛋白質(zhì)組學(xué)研究,提出了納米銅應(yīng)用及研究中存在問(wèn)題及研究趨勢(shì),為納米科學(xué)健康可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

納米材料;納米銅;毒性;蛋白質(zhì)組學(xué)

1928年發(fā)現(xiàn)銅是動(dòng)物日糧的必需成分以來(lái),微量元素銅營(yíng)養(yǎng)的研究越來(lái)越被重視。近年來(lái)納米銅的誕生,給畜牧獸醫(yī)行業(yè)、飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來(lái)技術(shù)上的革命。然而,由于納米材料的特殊性,容易與生物體中的組織(器官)、細(xì)胞、細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和生物大分子等相互作用,可能造成細(xì)胞和組織的功能異常而影響生物體健康,也可能通過(guò)食物鏈而破壞生態(tài)系統(tǒng)。納米銅的一般毒性已有研究,其蛋白組毒理學(xué)作用機(jī)制鮮見報(bào)道。因此,必須加強(qiáng)對(duì)納米銅毒性的認(rèn)識(shí)和研究,為納米銅的合理利用提供依據(jù)。

1 納米材料及納米銅概述

納米科學(xué)被認(rèn)為是21世紀(jì)的三大支柱科學(xué)領(lǐng)域之一,隨著納米科技的迅猛發(fā)展,人造納米材料(manufactured nanomaterials,MNMs)已被廣泛應(yīng)用于日常消費(fèi)品、醫(yī)藥、電子、航天等多個(gè)領(lǐng)域。納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡(jiǎn)稱為納米材料(nano material),一般指至少有一個(gè)維度尺寸在1 nm～100 nm范圍,并且出現(xiàn)納米效應(yīng)(如獨(dú)特的光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)),尤其是以應(yīng)用為目的而人為制造的材料如碳納米管等[1]。按材質(zhì),納米材料可分為納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復(fù)合材料。納米銅是代表性的金屬納米材料之一,已經(jīng)作為商業(yè)化產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)多年。納米技術(shù)的誕生給畜牧獸醫(yī)行業(yè)、飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來(lái)技術(shù)上的革命。納米銅在生命科學(xué)領(lǐng)域主要用于獸藥、畜禽類飼料添加劑、免疫佐劑的制備及研究,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

2 納米銅的一般毒性研究

納米銅的廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致它們?cè)谏a(chǎn)、加工等環(huán)節(jié)被釋放到外界環(huán)境,或者經(jīng)呼吸道、皮膚、飲水、醫(yī)藥等途徑進(jìn)入人體的機(jī)會(huì)在不斷增加。由于納米尺度上物質(zhì)的特殊性質(zhì),它們對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)有可能帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害,但是人造納米材料的生物安全性相關(guān)數(shù)據(jù)極為匱乏,這與納米科技的飛速發(fā)展極不協(xié)調(diào)。因此,必需加強(qiáng)對(duì)它們的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),合理駕馭納米科技,使之造福而不傷害人類。

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)納米材料、納米銅的生物安全性及其機(jī)制已經(jīng)展開了初步的探討,結(jié)果顯示無(wú)論是對(duì)人類或生態(tài)系統(tǒng),納米銅潛在的毒性均不容忽視。小鼠納米鋅(58 nm±16 nm)經(jīng)口急性毒性研究發(fā)現(xiàn),5 g/kg納米鋅染毒組,10%小鼠因腸道梗阻而死亡,心臟、肝臟和腎臟是納米鋅的靶器官,納米鋅還可致嚴(yán)重的貧血、嘔吐、腹瀉等輕度胃腸道炎癥狀。小鼠納米TiO2(25 nm,80 nm)經(jīng)口急性毒性研究結(jié)果顯示,5 g/kg染毒劑量可致心肌、肝臟和腎臟不同程度受損[2]。研究報(bào)道經(jīng)其它途徑暴露于機(jī)體的人造納米材料也可能被吸收入血繼而經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)肝臟和腎臟。肝臟和腎臟是外源化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化及排泄的重要器官,因此也成為外源化合物或藥物誘導(dǎo)毒性的主要靶器官。Chen Z等報(bào)道[3]小鼠納米銅(23.5 nm)和微米銅(17 μ m)經(jīng)口急性毒性研究結(jié)果顯示,納米銅的LD50為413 mg/kg,而微米銅的LD50大于5 000 mg/kg,結(jié)果表明其毒性呈現(xiàn)出“顆粒越小毒性越大”趨勢(shì)。Henry T B等[4]研究發(fā)現(xiàn)80 nm的銅粒子對(duì)斑馬魚具有急性致死性,納米銅在魚體內(nèi)的毒性可能是兩種形態(tài)的銅(粒子銅和離子銅)共同發(fā)揮作用的結(jié)果。因此,納米銅對(duì)人類健康和環(huán)境的潛在危害是不容忽視的。

3 系統(tǒng)毒理學(xué)研究?jī)?yōu)勢(shì)及策略

目前納米銅毒性毒理學(xué)存在的主要問(wèn)題是研究資料不深入、不系統(tǒng),主要體現(xiàn)在研究局限在急性毒性評(píng)價(jià)方面,對(duì)毒性機(jī)制的揭示不全面,因缺乏有效的機(jī)制假設(shè),在短期內(nèi)揭示帶有普遍意義的損害機(jī)制仍很困難,因此開展毒性毒理研究是當(dāng)務(wù)之急。納米藥物毒性研究主要采用體內(nèi)和體外評(píng)價(jià)試驗(yàn),通過(guò)檢測(cè)血清酶學(xué)、肝功能、肝臟化學(xué)組分以及組織病理學(xué)的改變來(lái)反映藥物對(duì)動(dòng)物整體或體外培養(yǎng)肝細(xì)胞的毒性作用性質(zhì)和強(qiáng)度,研究其毒性機(jī)理。雖然這些方法在技術(shù)上比較成熟,但在納米藥物研發(fā)的早期發(fā)現(xiàn)階段,采用這些方法仍存在一些不足:缺乏理想的評(píng)價(jià)納米藥物毒性的動(dòng)物模型;由于物種間存在生理、解剖和代謝方面的差異,采用這些方法所研究的動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果并不能很好預(yù)測(cè)人體的毒性反應(yīng);對(duì)于毒性作用完全未知的化合物的毒性作用機(jī)制缺乏潛在的預(yù)測(cè)性。

生物體是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),將在基因、蛋白質(zhì)、代謝物等不同水平上觀察到各種相互作用、各種代謝途徑、調(diào)控通路的改變整合起來(lái)能更加全面、系統(tǒng)地闡明復(fù)雜的毒性效應(yīng)。伴隨著“組學(xué)”(omics),如基因組學(xué)(genomics)、蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)、代謝組學(xué)(metabonomics)等技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)毒理學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。系統(tǒng)毒理學(xué)通過(guò)了解機(jī)體暴露后在不同劑量、不同時(shí)點(diǎn)的基因表達(dá)譜、蛋白質(zhì)譜和代謝物譜的改變以及傳統(tǒng)毒理學(xué)的研究參數(shù),借助生物信息學(xué)和計(jì)算毒理學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行整合,從而系統(tǒng)地研究外源性化學(xué)物和環(huán)境應(yīng)激等對(duì)機(jī)體的影響。系統(tǒng)毒理學(xué)采用基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù),為在全局范圍內(nèi)從基因、蛋白質(zhì)、內(nèi)源性代謝物等不同分子水平上進(jìn)行納米藥物毒性研究提供了新的有力手段,NMC毒性研究也隨之上升到了一個(gè)新水平。

4 蛋白質(zhì)組學(xué)概念及研究技術(shù)

4.1 蛋白質(zhì)組學(xué)概念

1994年Wilkins等首先提出了“蛋白質(zhì)組”的概念,揭開了蛋白組學(xué)研究的序幕,蛋白組學(xué)是以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象,研究機(jī)體的蛋白質(zhì)組成、表達(dá),了解蛋白質(zhì)之間的相互作用,探索蛋白質(zhì)功能與細(xì)胞生命活動(dòng)規(guī)律的一門新興學(xué)科[6]。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用為疾病的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制及診療方法的研究提供了新的手段。何慶華等[7]認(rèn)為蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)是一門在蛋白質(zhì)水平對(duì)疾病機(jī)理、細(xì)胞模式、功能聯(lián)系等方面進(jìn)行探索的科學(xué)。程彥偉等[8]指出,蛋白質(zhì)組學(xué)就是指細(xì)胞在其生命活動(dòng)過(guò)程中基因組表達(dá)的所有蛋白質(zhì),以及表達(dá)后的修飾,其內(nèi)容包括蛋白質(zhì)的定性鑒定、定量檢測(cè)、細(xì)胞內(nèi)定位、相互作用研究等,最終揭示蛋白質(zhì)功能。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是聯(lián)系細(xì)胞基因組以及細(xì)胞行為之間很好的橋梁。綜上所述,蛋白質(zhì)組學(xué)就是以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象,以蛋白質(zhì)性質(zhì)研究為基礎(chǔ),探索機(jī)體的蛋白質(zhì)組成、差異表達(dá)、定性鑒定、定量檢測(cè)及蛋白質(zhì)之間的相互作用,并對(duì)疾病發(fā)生機(jī)理、蛋白質(zhì)功能與細(xì)胞生命活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究的一門新興學(xué)科。

4.2 蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)

蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)主要包括樣品制備技術(shù)、蛋白質(zhì)分離技術(shù)、蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)以及生物信息學(xué)技術(shù)。目前常用的樣品處理技術(shù)有液相等電聚焦、膜電泳、吸附色譜、亞細(xì)胞分級(jí)、激光捕獲顯微解剖技術(shù)、非電荷還原劑及酶抑制劑的使用、連續(xù)多步提取方法、變形劑及表面活性劑。①蛋白質(zhì)分離技術(shù):雙相凝膠電泳技術(shù),固相梯度等電聚焦技術(shù),毛細(xì)管電泳技術(shù),高效液相色譜技術(shù)等。吳少瑜等[9]用高效液相色譜法從江浙蝮蛇蛇毒中分離出一種新的組合,并命名為AHP-4,純度在98%以上,分子質(zhì)量為7.554 ku。②蛋白質(zhì)鑒定技術(shù):表面增強(qiáng)激光解析離子化飛行時(shí)間質(zhì)譜,電子噴霧電離質(zhì)譜測(cè)量法,基質(zhì)輔助激光解吸附電離飛行時(shí)間質(zhì)譜,同位素標(biāo)記親和標(biāo)簽技術(shù),氨基酸組成分析。唐朝暉等[10]應(yīng)用質(zhì)譜鑒定技術(shù)對(duì)紫杉醇誘導(dǎo)凋亡的膽管癌QBC939細(xì)胞差異蛋白進(jìn)行鑒定,發(fā)現(xiàn)11個(gè)與細(xì)胞凋亡相關(guān)的差異蛋白點(diǎn),提示紫杉醇是通過(guò)多個(gè)重要蛋白,發(fā)揮其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的抗癌作用機(jī)制的。

4.3 納米銅毒理蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)是系統(tǒng)毒理學(xué)采用的主要技術(shù)之一,利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行毒理學(xué)研究,即毒理蛋白質(zhì)組學(xué)(toxicoproteomics),是系統(tǒng)毒理學(xué)研究的一部分。毒理蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)利用全蛋白質(zhì)表達(dá)分析技術(shù)來(lái)確認(rèn)生物體系中受有害化學(xué)物和環(huán)境因素影響的關(guān)鍵蛋白質(zhì)和信號(hào)通路。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在毒理學(xué)研究中的應(yīng)用包括3個(gè)方面,一是機(jī)制性研究,即從蛋白質(zhì)角度研究外源性化合物對(duì)機(jī)體可能的毒性作用機(jī)制;二是篩選與預(yù)測(cè)毒作用靶標(biāo),即篩選特定的蛋白質(zhì)作為外源性化合物危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的生物標(biāo)志物;三是通過(guò)與已知毒性藥物的蛋白表達(dá)譜進(jìn)行比較,來(lái)預(yù)測(cè)新化合物的潛在毒性。

蛋白質(zhì)組毒理學(xué)研究技術(shù)為納米銅毒性作用機(jī)制研究奠定了良好的基礎(chǔ)。在肝毒性機(jī)制研究方面,Kharbanda K等[12]應(yīng)用一維與二維分離技術(shù)研究了甜菜堿在添加乙醇后對(duì)大鼠肝臟的毒效應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗氧化應(yīng)激功能蛋白碳酸酐酶-Ⅲ的表達(dá)量減少,提示甜菜堿在添加乙醇后可能會(huì)引起肝臟的氧化應(yīng)激效應(yīng)。Kling P等[13]研究了溴化阻燃劑(BFRs)六溴環(huán)十二烷(HBCD)與四溴雙酚A(TBBPA)亞致死劑量下對(duì)斑馬魚肝細(xì)胞的毒效應(yīng),發(fā)現(xiàn)BFRs對(duì)斑馬魚肝細(xì)胞的毒性機(jī)制與氧化應(yīng)激、能量代謝、信號(hào)傳導(dǎo)及細(xì)胞凋亡等有關(guān)。

在腎毒性機(jī)制及生物標(biāo)志物研究方面,Malard V等[14]應(yīng)用2-DE聯(lián)合SDS-PAGE-LC-MS/MS技術(shù),研究了硝酸鈾酰對(duì)大鼠腎臟的毒效應(yīng)機(jī)制,結(jié)果從尿樣中分離鑒定出14種受調(diào)控蛋白(7種上調(diào)/7種下調(diào)),Western blot驗(yàn)證了3種,其中白蛋白、α-1-抗胰蛋白酶、血清轉(zhuǎn)鐵蛋白的上調(diào)可引起腎小球滲透性的缺失,表皮生長(zhǎng)因子(EGF)下調(diào)與維生素D-結(jié)合蛋白上調(diào)可引起腎小管的損傷,提示硝酸鈾酰對(duì)腎臟的毒效應(yīng)可能與腎小球滲透性缺失、腎小管損傷以及金屬脅迫等有關(guān)。Dedieu B等[15]應(yīng)用固相金屬親和色譜(IMAC)技術(shù),從培養(yǎng)的人腎-2可溶性細(xì)胞中提取得到UO2+親和蛋白,通過(guò)納升級(jí)電噴霧液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(nano-LC-ESI-MS/MS)技術(shù)分析鑒定出64種功能各異的蛋白質(zhì),并進(jìn)行生化特性分類:①蛋白質(zhì)表面存在鈾螯合殘留物;②蛋白質(zhì)表面存在路易氏陽(yáng)離子固定親和力;③蛋白質(zhì)中存在鈾親和性的含磷化合物。這些UO2+親和蛋白的特點(diǎn)為今后尋找鈾離子靶蛋白提供了很好理論依據(jù)。

在生態(tài)毒性機(jī)制研究方面,Martins J C等[16]應(yīng)用MALDI-TOF-MS等技術(shù)研究了銅綠微囊藻毒素對(duì)河蜆鰓組織蛋白質(zhì)表達(dá)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)纖維形成性膠原蛋白α鏈與肌動(dòng)蛋白亞型的表達(dá)量上調(diào),細(xì)胞骨架蛋白β-微管蛋白與肌動(dòng)蛋白-1的蛋白表達(dá)量下調(diào),表明銅綠微囊藻毒素對(duì)河蜆鰓組織的毒作用機(jī)制可能與破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)及影響細(xì)胞代謝有關(guān)。Mezhoud K等[17]應(yīng)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)與差異磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究了微囊藻素-亮氨酸-精氨酸(MC-LR)對(duì)稻田魚肝臟的早期毒效應(yīng),發(fā)現(xiàn)苯丙氨酸羥化酶(PAH)及角蛋白的磷酸化水平發(fā)生變化;細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)組裝、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、氧化應(yīng)激以及細(xì)胞凋亡等相關(guān)蛋白的表達(dá)水平也發(fā)生變化,提示MCs對(duì)稻田魚的肝毒性是一個(gè)復(fù)雜的病理變化過(guò)程。Ling X P等[18]應(yīng)用2D-PAGE聯(lián)合肽質(zhì)量指紋(PMF)與數(shù)據(jù)庫(kù)分析技術(shù),研究了急性鎘中毒(AC)對(duì)牙鲆鰓組織蛋白表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)了與AC毒作用程度平行表達(dá)的HSP70及鈣結(jié)合蛋白,認(rèn)為其可以作為水生動(dòng)物鎘接觸水平以及人體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的生物標(biāo)記譜。Choi J等[19]應(yīng)用生態(tài)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)驗(yàn)證了血紅蛋白(Hb)可以作為鎘對(duì)搖蚊雀麥生態(tài)毒性的生物標(biāo)志物。

體外試驗(yàn)方面也有研究報(bào)道,如Kellmann R等[20]將培養(yǎng)的人神經(jīng)纖維瘤細(xì)胞暴露于15 mmol/L原多加酸貝類毒素(AZA-1)12 h后對(duì)其蛋白表達(dá)情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)線粒體蛋白與細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)量增加,凋亡調(diào)控蛋白BAX輕微上調(diào);與蛋白質(zhì)生物合成及修飾、核苷酸代謝等有關(guān)的mRNA剪接/轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)量減少,表明AZA-1的毒作用機(jī)制可能與干擾細(xì)胞的能量代謝以及引起細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的變化等有關(guān)。

在藥物毒性機(jī)制方面,Park Y K等[21]應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究了霉酚酸(MPA)所誘導(dǎo)的β-細(xì)胞毒性機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn) RhoGD-1α/JNK信號(hào)通路在MPA所誘導(dǎo)的胰島素分泌細(xì)胞凋亡中起著非常重要的作用。Andringa K等[22]應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)APAP所引起的肝臟線粒體毒性機(jī)制進(jìn)行了探討,結(jié)果發(fā)現(xiàn)生酮作用調(diào)控酶3-羥基-3-甲基戊-乙酰輔酶A合成酶(HMG-CoA synthase)2的巰基化水平及活性明顯減低、過(guò)氧化氫酶被巰基化修飾以及酪氨酸殘基的硝化等,表明某些蛋白質(zhì)的巰基化與硝化修飾可能在APAP所引起的肝毒性中起著重要的作用。Eatima N等[23]應(yīng)用 Label-Free聯(lián)合nano-MS/MS技術(shù)對(duì)塞來(lái)西布處理前后家族性腺瘤息肉(FAP)病人血清樣本的差異蛋白進(jìn)行了分析,分離鑒定出83種差異表達(dá),通過(guò)鳥槍法(shot-gun)篩選出與信號(hào)傳導(dǎo)及心血管病理相關(guān)的蛋白質(zhì)作為塞來(lái)西布的安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其對(duì)FAP的藥效指標(biāo)。Caldas-Lopes E等[24]研究了 HSP90阻止劑PU-H71對(duì)三陰乳腺癌(TNBCs)的效應(yīng),發(fā)現(xiàn)腫瘤增殖、生存及擴(kuò)散性相關(guān)蛋白R(shí)as/Raf/MAPK通道蛋白與G2-M期調(diào)控蛋白等均不同程度減少,說(shuō)明HSP90可以作為乳腺癌的一個(gè)治療靶標(biāo)。

在神經(jīng)毒性機(jī)制方面,Lopachin R M等[25]通過(guò)計(jì)算親電子體與其嗜酸性靶標(biāo)相互作用的量子力學(xué)參數(shù)對(duì)HNE的突觸毒性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)HNE主要是與神經(jīng)遞質(zhì)中的巰基硫醇形成加合物而引起神經(jīng)末梢毒性。Tshala-Katumbay D等[26]應(yīng)用 2-DIGE聯(lián)合MALDI-TOF-MS/MS技術(shù)分別對(duì)經(jīng)2,5-HD與1,2-DAB處理過(guò)的SD大鼠腰骶叢差異表達(dá)蛋白進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)處理組的神經(jīng)纖維三聯(lián)體 L、膠溶素、蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶、GST、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(還原型)脫氫酶1α、丙酮酸激酶、脂肪酸合酶等均存在差異性表達(dá),表明2,5-HD與1,2-DAB引起的軸突毒性具有共同的生物標(biāo)志物或相同的神經(jīng)毒作用機(jī)制。Yin G N等[27]在LC-MS/MS、2D-GE以及 Western blot等技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)共培養(yǎng)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與成神經(jīng)細(xì)胞瘤,發(fā)現(xiàn)可溶性CD14蛋白可以抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性,從而認(rèn)為可溶性CD14蛋白或許可以作為 PD與AD的候選腦脊液(CSF)生物標(biāo)志物。

以上研究技術(shù)為納米銅的肝毒性、腎毒性、生態(tài)毒性、藥物毒性、神經(jīng)毒性及體外毒性機(jī)制研究和生物標(biāo)志蛋白篩選提供了成熟的研究思路。

5 納米銅應(yīng)用及研究中存在問(wèn)題和展望

納米銅的誕生給未來(lái)的飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)技術(shù)上的革命。但其特殊的理化性質(zhì)給人類健康、環(huán)境和生物安全,以及傳統(tǒng)的毒理學(xué)研究手段提出了巨大挑戰(zhàn)。納米銅應(yīng)用存在的主要問(wèn)題是:納米銅會(huì)不會(huì)對(duì)人體有害,其生產(chǎn)、使用過(guò)程會(huì)不會(huì)對(duì)大氣、水體、土壤、生物鏈以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,因此,當(dāng)務(wù)之急是開展納米銅危害確認(rèn)、暴露評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)度和安全性評(píng)估。納米銅的一般毒性研究較多,系統(tǒng)毒理學(xué)研究幾乎是空白。組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用為納米銅毒性研究創(chuàng)造了良好的契機(jī),加強(qiáng)納米銅肝毒性、腎毒性、生態(tài)毒性、藥物毒性、神經(jīng)毒性、免疫毒性及體外毒性蛋白組學(xué)研究是納米銅系統(tǒng)毒理學(xué)研究主要內(nèi)容。毒理蛋白質(zhì)組學(xué)同樣具有蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)(尤其是電泳分離技術(shù))重復(fù)性差的特點(diǎn);研究對(duì)象多是分離的樣本,原位組織研究方面才剛剛開始,有待于進(jìn)一步的發(fā)展。綜上所述,從蛋白水平上闡明納米銅的毒性作用機(jī)制,為人類食品安全、納米獸藥飼料添加劑的研發(fā)、同類納米金屬材料的研究提供依據(jù),對(duì)推動(dòng)我國(guó)在納米科技領(lǐng)域的健康和可持續(xù)性發(fā)展有重要意義。

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Progress on Nano-copper Toxicity

LI Xia1,LIU Yong-ming1,QI Zhi-ming1,DONG Shu-wei1,LIU Shi-xiang1,WANG Sheng-yi1,WAN Yu-lin2,LIU Xu3

(1.Lanzhou Institute of Animal Sciences and Veterinary Pharmaceutics of CAAS,Lanzhou,Gansu,730050,China;2.China Agricultural Veterinary Biology Science and Technology Company Limited,Lanzhou,Gansu,730046,China;3.Gansu Province Centre of Disease Prevention and Control in Animal,Lanzhou,Gansu,730046,China)

s:It has brought a technological revolution of the birth of nano-copper to the development in the field of animal husbandry and veterinary medicine,feed industry and aquaculture industry.However,nano-copper caused severe damage to human health and ecosystems due to the unique nano-effects,meanwhile its biological safety data are extremely scarce,so we must strengthen its risk assessment.This paper introduced the concept of nano-materials,nano-copper,basic features and application.It summarized that the general toxicity of nano-copper,the advantages and disadvantages of research methods between traditional and system of toxicology,the nano-technology problems,simultaneously the nano-materials research trends were prospected.It may provide the basis for healthy and sustainable development of nanotechnology.

nanometer material;nano-copper;toxicity;proteomics

S856.9

A

1007-5038(2010)08-0074-05

2009-11-11

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAD04A05-06);中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所基金(BRF20070303)

荔 霞(1977-),女,甘肅徽縣人,助理研究員,博士研究生,主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝病與中毒病、獸醫(yī)毒理學(xué)及中獸藥新制劑研究。