金納米粒的細胞毒性及毒副作用研究進展Δ

徐世一，李　燕，閻雪瑩（1.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院014級，哈爾濱　150040；.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院015級，哈爾濱　150040；3.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院，哈爾濱　150040）

金納米粒的細胞毒性及毒副作用研究進展Δ

徐世一1＊，李燕2，閻雪瑩3#（1.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院2014級，哈爾濱150040；2.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院2015級，哈爾濱150040；3.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院，哈爾濱150040）

目的：為金納米粒（GNPs）在抗腫瘤方面的研究提供理論依據。方法：以“金納米?！薄岸拘浴薄凹毎拘浴薄案弊饔谩薄癎old nanoparticles”“Toxicity”“Cytotoxicity”“Side effect”等為

，組合查詢1998年1月－2016年5月在PubMed、OSA、ACS、中國知網、萬方、維普等數據庫中的相關文獻，就GNPs對腫瘤細胞的毒性及體內毒副作用的研究進行綜述。結果與結論：共檢索到英文文獻200余篇，中文文獻400余篇，其中有效文獻30篇。GNPs細胞毒性和毒副作用受到粒徑、表面電荷、表面修飾及給藥劑量等因素的影響。其中，GNPs對腫瘤細胞的毒性與粒徑相關；用還原劑/抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸、谷胱甘肽、三苯基膦磺酸修飾GNPs可降低其細胞毒性；增加GNPs的給藥濃度可增強其對腫瘤細胞的毒性作用。在毒副作用方面，不同粒徑的GNPs蓄積的組織器官不同，對機體造成的損傷類型也不同；陰離子型GNPs對機體無毒，而陽離子型GNPs相對來說具有中等毒性；聚乙二醇修飾的GNPs易引發(fā)炎癥反應；增加GNPs的給藥劑量也易引發(fā)進一步的毒副作用。GNPs的細胞毒性及毒副作用的相關研究需要更加深入，尤其是在其表面修飾物及粒徑對細胞毒性和毒副作用的影響規(guī)律方面。

金納米粒；細胞毒性；毒副作用

金（Gold）是最古老的一種金屬，在現代醫(yī)學中其可作為基因治療的載體[1]。金納米粒（Gold nanoparticles，GNPs）作為基因治療轉染劑和抗腫瘤藥[2-4]，也作為納米載體的一種，其毒理學效應受到人們的重視[5]。GNPs對腫瘤細胞具有靶向性，可攜帶多種抗腫瘤藥特異性地聚集于腫瘤細胞，對正常細胞基本無細胞毒性[6]，因此GNPs細胞毒性被廣泛地應用于腫瘤的治療。然而已經有研究發(fā)現，金療法（Chrysotherapy）有 2/3的不良反應都是形式不同的皮炎，在臨床推薦劑量下約有一半的患者發(fā)生不同形式的毒性反應，包括皮膚瘙癢、皮疹、嗜酸性粒細胞增多癥、慢性唇炎、接觸過敏性紫癜和玫瑰糠疹等；更嚴重的毒性反應包括血液病、肺炎和腎病綜合征[1]。筆者以“金納米?！薄岸拘浴薄凹毎拘浴薄案弊饔谩薄癎old nanoparticles”“Toxicity”“Cytotoxicity”“Side effect”等為關鍵詞，組合查詢1998年1月－2016年5月在PubMed、OSA、ACS、中國知網、萬方、維普等數據庫中的相關文獻。結果，共檢索到英文文獻200余篇，中文文獻400余篇，其中有效文獻30篇?，F就GNPs對腫瘤細胞的毒性及體內毒副作用的研究進行綜述，以期為GNPs在抗腫瘤方面的研究提供理論依據。

1　GNPs的細胞毒性研究

1.1GNPs的粒徑對其細胞毒性的影響

Gao W等[7]研究了谷胱甘肽修飾的GNPs對HL7702細胞的毒性作用發(fā)現，GNPs可改變HL7702細胞的氧化還原狀態(tài)，對HL7702細胞凋亡的信號轉導通路中的氧化還原起到調節(jié)作用，8nm的GNPs具有很高的細胞毒性，而粒徑較大的37nm的GNPs則具有相對中等的毒性，說明GNPs粒徑的減小，會增加其對HL7702細胞的毒性。

Coradeghini R等[8]將5 nm與15 nm的GNPs進行比較時發(fā)現，5 nm的GNPs在濃度≥50 μmol/L時就會顯現出對Balb/ 3T3細胞的毒性，而15 nm的GNPs并沒有發(fā)現細胞毒性。免疫印跡和免疫組化結果顯示，小窩蛋白的表達水平并沒有因為GNPs進入細胞而發(fā)生變化；在觀察72 h后研究人員發(fā)現，網格蛋白表達降低，網格蛋白重鏈裂解。而網格蛋白重鏈的裂解會導致癌細胞分裂異常，從而表現出細胞毒性作用，而這一切可能是GNPs的內化發(fā)揮了作用。Pan Y等[9]研究了0.8～15 nm的GNPs對具有屏障與吞噬功能的4個主要類型的細胞系的毒性作用發(fā)現，結締組織中的成纖維細胞、上皮細胞、巨噬細胞和黑色素瘤細胞對粒徑為1.4 nm的GNPs最敏感，半數抑制濃度（IC50）范圍為30～56 μmol/L；相比之下，15 nm的GNPs在60～100倍的高濃度之下也是無毒的；粒徑為1.4 nm的GNPs在12 h內導致細胞快速的死亡，而粒徑為1.2 nm的GNPs主要是通過誘導細胞凋亡來影響細胞編程性死亡。

Liu ZX等[10]在研究GNPs對肺癌細胞的作用時發(fā)現，5 nm的GNPs可抑制A549細胞的生長，但是會導致細胞浸潤；吞噬10 nm的GNPs后顯著促進了95D細胞的浸潤，侵襲活性的增強可能與基質金屬蛋白酶9和細胞間黏附分子1表達增加有關。2 nm的GNPs可穿透細胞及細胞室（如細胞核），這使得其具有毒性[11]。球形的1.4 nm的GNPs通過氧化應激機制導致各類腫瘤細胞系中的線粒體損傷甚至壞死[12]。Connor EE等[13]研究發(fā)現，較大的GNPs（18 nm）進入細胞以后并沒有對細胞產生固有的毒性。

Patra HK等[14]的研究也證實了GNPs容易被A549細胞、95D細胞通過非特異性的細胞內吞作用定位在細胞內小泡中。小粒徑的GNPs可抑制肺癌細胞的增殖，直徑為5 nm的GNPs效果較顯著，可促進細胞凋亡，將肺癌細胞系的細胞周期阻滯在G0/G1期；相比之下，10、20、40 nm的GNPs對肺癌細胞系并沒有明顯的細胞毒作用；相反20、40 nm的GNPs作用于A549細胞24 h后卻促進了細胞的增殖，但是在95D細胞中并未觀察到這種現象；此外，5、10 nm的GNPs可促進A549、95D細胞的浸潤，然而粒徑大于20 nm的GNPs并沒有發(fā)現這種現象。由此可見，GNPs對腫瘤細胞的抑制及毒性作用與其粒徑有關。然而，GNPs并不是對所有類型的細胞都有相同的作用[12]。針對不同細胞系調整GNPs的粒徑，對于提高其靶向性及抑制癌細胞增殖、促進其凋亡可起到重要作用。

1.2GNPs的表面電荷和表面修飾對其細胞毒性的影響

Pan Y等[12]研究發(fā)現，用還原劑/抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸、谷胱甘肽、三苯基膦磺酸（TPPMS）修飾1.4 nm的GNPs可降低其對腫瘤細胞的毒性；在表面修飾不同但是粒徑相同的GNPs中，與谷胱甘肽連接的GNPs則毒性明顯較小。由此可見，除了粒徑對GNPs毒性有重要影響外，表面電荷和表面修飾也是確定其細胞毒性程度的重要參數。

1.3GNPs給藥濃度對其細胞毒性的影響

Paino IMM等[15]研究發(fā)現，即使在很低的濃度下，GNPs都可以和HepG2細胞以及外周血單個核細胞相互作用產生基因毒性，而且其對HepG2細胞的DNA損傷較大，給藥濃度增加，其毒性也會隨之增大。

2　GNPs對正常組織細胞的毒副作用研究

2.1GNPs的粒徑對其毒副作用的影響

有研究發(fā)現，粒徑為12.5 nm的GNPs在肝、腎、脾和腦部并沒有毒性反應[16-17]；不同粒徑（3、10、50、100 nm）的GNPs對斑馬魚胚胎只顯示最小亞致死毒性效應[18]。但是De Jong WH等[19]研究發(fā)現，不管是10 nm還是250 nm的GNPs，都在肝臟和脾臟中有著大量的蓄積；此外，還有一定數量的GNPs蓄積在血液中。由此可見，不論粒徑大小，GNPs在組織器官中都會有一定量的蓄積。Coulter JA等[20]研究發(fā)現，與未處理的細胞相比，GNPs處理的細胞存在著潛在的放射增敏風險。那么，GNPs在組織器官中的蓄積就很有可能會引發(fā)進一步的毒副作用。

Yang H等[21]研究不同粒徑（1.5、4.5、13、30、70 nm）的GNPs對非妊娠期和妊娠期不同孕齡（5.5、7.5、9.5、11.5、13.5 d）大鼠的毒性大小時發(fā)現，30 nm的GNPs會誘導孕期大鼠發(fā)生輕度肺氣腫樣改變，說明孕期大鼠的器官特異性不良反應可能與GNPs的粒徑有關。

Tsoli M等[22]研究發(fā)現，GNPs 1.4 nm的粒徑是攻擊DNA的有效臨界值。Bar-Ilan O等[23]運用斑馬魚模型評估膠態(tài)微粒金的毒性（透明的斑馬魚胚胎具有高度的同源性的人類基因，經常被用于毒性實驗的研究），用3、10、50、100 nm的膠態(tài)銀、金微粒進行研究時發(fā)現，受孕120 h后斑馬魚死亡率分別為100%和3%，而且膠態(tài)金微粒會引起輕微的亞致死毒性效應，從而產生各種胚胎畸形。同時證明其毒性大小的確與粒徑具有緊密的關系，似乎是粒徑越小則毒性越大，但是膠態(tài)銀微粒的毒性要大于膠態(tài)金微粒。

Zhang XD等[24]研究了5、10、30、60 nm的GNPs在大鼠體內的毒性作用時發(fā)現，5、10 nm的GNPs主要蓄積在肝臟，30 nm的GNPs主要蓄積在脾臟，而60 nm的GNPs在任何器官都沒有明顯的蓄積量。雖然通過透射電子顯微鏡觀察發(fā)現，5、10、30、60 nm的GNPs在血液和骨髓細胞中也有一定量的蓄積，但5、60 nm的GNPs優(yōu)先蓄積在血細胞中，其主要蓄積的部位對其毒性具有重要影響，導致脾腫指數和胸腺指數明顯增加。這預示著這些小分子納米粒已經對免疫系統(tǒng)造成了影響：10 nm的GNPs造成了白細胞的增加，而5、30 nm的GNPs造成白細胞和紅細胞的減少；10、60 nm的聚乙二醇（PEG）修飾的GNPs引起了丙氨酸轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶水平顯著增加，肝臟受到輕微損傷；10、60 nm的GNPs的毒性明顯高于5、30 nm的GNPs。由此可見，粒徑較小的GNPs具有更大的毒性這種說法并不可靠。

2.2GNPs的表面電荷和表面修飾對其毒副作用的影響

Goodman CM等[25]研究發(fā)現，陰離子型GNPs對機體無毒，而陽離子型GNPs相對來說具有中等毒性。De Brosse MC等[26]研究發(fā)現，與修飾物PEG相比，單寧酸可顯著增加人永生化表皮細胞對GNPs的攝取，并且長時間地增加細胞內GNPs的濃度會引發(fā)一定程度的細胞損傷。Cho WS等[27]研究發(fā)現，PEG修飾的GNPs會分布到含有巨噬細胞的器官中（如肝臟和脾臟），并被困在肝臟的Kupper細胞和脾臟的巨噬細胞中，而沒有PEG修飾的GNPs則可以穿透細胞的核膜。但是近期研究中也發(fā)現PEG修飾的GNPs也可以穿透細胞的核膜[28]，這是由于其與信號配位體結合后通過誘導遷移而進入到細胞核內的。而13 nm的PEG修飾的GNPs被證實會引發(fā)大鼠肝臟的急性炎癥反應和細胞凋亡，因為該納米粒子在注射進入體內7 d后仍然發(fā)現蓄積在肝臟和脾臟中，且其血液循環(huán)時間長達30 h。雖然有一些文獻認為PEG修飾的GNPs是無毒的[26]，但是這樣長時間的蓄積顯然可作為其引發(fā)急性炎癥的依據[27]。PEG修飾的GNPs的蓄積性可能是GNPs應用于生物醫(yī)學中的一個障礙，其對細胞的毒性還有待進一步研究。

納米粒子是否能通過腎小球的濾過主要取決于其大小和表面靜電位[29]，如果GNPs無法從腎臟中排泄出去，那么隨著量的蓄積就會造成腎臟的負擔。GNPs的藥動學、生物利用度、生物富集和毒性可能依賴于納米粒的組成、粒徑和表面特性，對藥理特性影響較大的就是粒子的表面靜電位；而且GNPs在制備過程中吸附了枸櫞酸鹽后表面就會攜帶負電荷[18]，因而不易被腎小球濾過。

2.3GNPs給藥劑量對其毒副作用的影響

Cho WS等[27]研究發(fā)現，單劑量注射粒徑為13 nm的GNPs，24 h和7 d后都可以在肝、脾、腎、肺、腦、睪丸等組織器官中找到GNPs的存在，而且其濃度依賴于注射時間，其積累量依賴于給藥劑量。但是機體內環(huán)境是十分復雜的，那么GNPs在實際應用中的劑量、濃度是否會對其毒副作用產生影響?Imperatore R等[30]研究了2-巰基-1-甲基咪唑修飾的GNPs的神經毒性，以0.1 mg/ml的最低濃度培養(yǎng)細胞，神經元細胞表現出了典型的細胞凋亡的征兆，這意味著即使是最低的給藥濃度依然能造成神經元的損傷。Lasagna-Reeves C等[16]分別以3個不同劑量[40、200、400 μg/（kg·d）]對大鼠腹腔注射粒徑為12.5 nm的GNPs 8 d，其在血液、肝臟及脾臟中的蓄積量隨著劑量的增加而增加，并且7 d后仍有一部分GNPs蓄積在肝臟及脾臟中，但是并沒有產生亞急性生理損傷，即沒有明顯的器官毒性產生。GNPs在腦組織中的含量雖然比較低，但是依然能穿透血腦屏障，增加神經毒性損傷的風險。由以上文獻我們發(fā)現，GNPs會穿透血腦屏障，即使在很低的劑量下也會造成神經元的損傷；同時，GNPs也會在其他組織器官中蓄積，但并無明顯毒副作用。

3　結語

GNPs細胞毒性和毒副作用受到粒徑、表面電荷、表面修飾及給藥劑量等因素的影響。其中，GNPs對腫瘤細胞的毒性與粒徑相關；用還原劑/抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸、谷胱甘肽、TPPMS修飾GNPs可降低其細胞毒性；增加GNPs的給藥濃度可增強其對腫瘤細胞的毒性作用。在毒副作用方面，不同粒徑的GNPs蓄積的組織器官不同，對機體造成的損傷類型也不同；陰離子型GNPs對機體無毒，而陽離子型GNPs相對來說具有中等毒性；PEG修飾的GNPs易引發(fā)炎癥反應；增加GNPs的給藥劑量也易引發(fā)進一步的毒副作用。

GNPs表面修飾物的不同是否會影響其對機體的毒副作用還有待進一步研究。雖然Lasagna-Reeves C等[16]研究發(fā)現，大鼠腹腔注射不同濃度的GNPs并沒有產生明顯的毒性，但是GNPs不論多次給藥還是單劑量給藥，其給藥劑量越大GNPs在體內的蓄積量越多仍可能引發(fā)進一步的毒性反應。另外，GNPs的細胞毒性及毒副作用的相關研究需要更加深入的探究，尤其是在其表面修飾物及粒徑對細胞毒性和毒副作用的影響規(guī)律方面。

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（編輯：余慶華）

R979.1+9

A

1001-0408（2016）28-4010-03

10.6039/j.issn.1001-0408.2016.28.37

黑龍江省教育廳科學技術研究項目（No.12521z022）

＊碩士研究生。研究方向：靶向、緩控釋制劑的研究及藥物的體內代謝。E-mail：994010246@qq.com

教授，碩士生導師。研究方向：靶向、緩控釋制劑的研究及藥物的體內代謝。電話：0451-87266827。E-mail：15159267@ qq.com

（2016-03-13

2016-06-16）