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(yè)技術(shù)學(xué)院， 貴州 銅仁 554300）

這些年來，隨著納米材料的廣泛應(yīng)用，各種各樣的納米產(chǎn)品走進了我們的日常生活中， 從而使得更多人開始去關(guān)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(fā)現(xiàn)研究納米材料能夠?qū)毎?、器官和組織等引發(fā)的毒性。進一步研究發(fā)現(xiàn)納米材料產(chǎn)生毒性的機制主要包括有氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)。最后導(dǎo)致細胞發(fā)生凋亡[1]。對于了解納米材料的引發(fā)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(jié)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(fā)展，許多納米材料已廣泛應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域，例如農(nóng)業(yè)，化工生產(chǎn)，醫(yī)藥生產(chǎn)等領(lǐng)域，這樣就導(dǎo)致了大量的納米材料進入到我們生活的環(huán)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(jù)相關(guān)文獻報道納米材料可以應(yīng)用于食品添加劑、涂料、化妝品等產(chǎn)品[3]。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，納米材料的應(yīng)用主要包括醫(yī)療診斷、靶向輸運藥物、醫(yī)學(xué)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(nèi)[5]。這樣就會嚴重威脅到我們?nèi)梭w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(guān)于納米毒性的研究工作，已有大量的研究者有相關(guān)發(fā)現(xiàn)和報道，研究者們從體內(nèi)和體外的試驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了納米材料引發(fā)毒性的機制，進而得到了一些相同的的結(jié)論。結(jié)果的數(shù)據(jù)表明，納米材料能夠使機體產(chǎn)生氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[6]，最后對機體產(chǎn)生毒性的作用。納米材料產(chǎn)生毒性的過程的機制主要是納米材料使細胞產(chǎn)生生活性氧，然后大量的活性氧又會使細胞的產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，最終誘發(fā)各種疾病的發(fā)生。

1 納米材料引發(fā)細胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激

一般來說，活性氧的產(chǎn)生與數(shù)量是維持在一定的平衡狀態(tài)的。活性氧能夠在正常細胞的生長發(fā)育中不斷地產(chǎn)生，參與正常機體內(nèi)的各種有益的生命活動，但是，如果在機體生長發(fā)育階段，活性氧的的產(chǎn)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(tài)下，機體的活性氧處于動態(tài)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(yīng)激的狀態(tài)，如果氧化應(yīng)激的情況比較嚴重就會使使機體的組織和器官發(fā)生嚴重的病變。由此看來，當(dāng)細胞內(nèi)的活性氧超過一定的量，就使細胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，最終導(dǎo)致細胞的損害，有研究者研究發(fā)現(xiàn)SiO2納米材料能夠誘導(dǎo)小鼠EAC細胞和L1210白血病產(chǎn)生活性氧[7]。Rahman等[15]發(fā)現(xiàn)納米顆粒和細胞膜相互作用后產(chǎn)生了活性氧，觸發(fā)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，從而引起細胞膜脂的破裂和細胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失去平衡，最后引發(fā)細胞凋亡。

2 納米材料誘發(fā)細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)

許多研究表明納米材料還能誘發(fā)細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，一些納米材料可以通過使免疫細胞內(nèi)的炎癥小體活化，產(chǎn)生促炎性因子IL-1，進而誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生炎癥效應(yīng)， 有文獻報道經(jīng)氨基修飾過的聚苯乙烯納米材料能夠使細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[9]。炎癥反應(yīng)發(fā)生的過程指的是是機體的免疫系統(tǒng)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(nèi)吞作用得以進入到免疫細胞內(nèi)部，從而能夠刺激免疫細胞產(chǎn)生大量的促炎性因子和趨化因子，最后誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生[1]。納米材料對炎癥反應(yīng)的影響還包括對Th1/Th2 免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)。Wang 等[10]研究發(fā)現(xiàn)給小鼠注射兩種不同晶型的 二氧化鈦納米材料后，結(jié)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(xué)檢查。 研究人員發(fā)現(xiàn)二氧化鈦能夠在腦組織中發(fā)生沉積聚集， 沉積的二氧化鈦又能夠進一步誘發(fā)腦組織的脂質(zhì)過氧化以及蛋白質(zhì)的氧化， 最后導(dǎo)致谷胱甘肽和一氧化氮的釋放。也有報道發(fā)現(xiàn)銳鈦礦型的二氧化鈦能夠引起更高的毒性效應(yīng)，同時還具有時間依賴型效應(yīng)，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(yīng)[11]。

3 納米材料引發(fā)細胞凋亡

有文獻報道發(fā)現(xiàn)納米材料同樣也可引發(fā)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(dǎo)纖維細胞產(chǎn)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(jīng)四氧化三鐵納米顆粒給藥4 h后，就能使細胞產(chǎn)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(dǎo)細胞發(fā)生凋亡[15]。也有文獻報道[16]用Annexin V染色法測定經(jīng)過納米材料作用48 h后細胞的凋亡結(jié)果，然后發(fā)現(xiàn)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(nèi)吞導(dǎo)致的，結(jié)果導(dǎo)使細胞產(chǎn)生凋亡的現(xiàn)象。Wang等[17]用肺的幾類細胞為模型進行研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)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(dǎo)腫瘤細胞的凋亡。

4 結(jié)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(chǎn)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(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(huán)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?nèi)梭w內(nèi)。進而對人們造成潛在的危害，揭示納米材料的生物效應(yīng)及產(chǎn)生毒性的機制，對于使人們安全的使用納米材料制成相關(guān)納米產(chǎn)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(xué)安全的去研究和使用各種納米材料。

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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(yè)于遼寧大學(xué)藥物化學(xué)專業(yè)，研究方向：從事小分子藥物合成及藥學(xué)教學(xué)相關(guān)工作。

TQ 086.5

A

1004-0935（2017）03-0237-03