納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的分子機(jī)制和生物效應(yīng)

侯巧利，汪毅寧，趙曉旭，呂源財(cái)

1. 福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，福州 350108 2. 莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，莆田 351100 3. 福建省新型污染物毒理效應(yīng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，莆田 351100 4. 生態(tài)環(huán)境及其信息圖譜福建省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，莆田 351100

隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，具有高效抗菌性能的納米銀(silver nanoparticles, AgNPs)在食品包裝、紡織品、化妝品和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用[1-3]。然而大量研究表明，AgNPs能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species, ROS)，導(dǎo)致細(xì)胞引發(fā)線粒體損傷、DNA損傷乃至細(xì)胞凋亡[4-6]。隨著對AgNPs生物毒性的深入研究，越來越多的報(bào)道表明細(xì)胞的自噬過程可能在AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞毒性中扮演著重要角色[7-8]。

細(xì)胞自噬是指消化發(fā)生錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)、損傷的細(xì)胞器以及病原體等物質(zhì)的一種細(xì)胞生理現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞自身的新陳代謝和抵抗外界因素的刺激[9]。細(xì)胞自噬在AgNPs誘導(dǎo)的毒性作用中，扮演著“雙刃劍”作用，細(xì)胞自噬可通過抑制細(xì)胞凋亡來促進(jìn)AgNPs染毒細(xì)胞存活[8]，也可以促進(jìn)AgNPs誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[10]。深入了解AgNPs誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬效應(yīng)有助于其在醫(yī)藥領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，也能為全面評估AgNPs的納米毒性提供科學(xué)依據(jù)。本文通過綜述AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的潛在機(jī)制及其涉及的主要信號通路，分析AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的生物學(xué)效應(yīng)，以期為全面認(rèn)識(shí)AgNPs的生物安全性提供科學(xué)依據(jù)。

1 細(xì)胞自噬(Autophagy)

自噬現(xiàn)象廣泛存在于真核細(xì)胞中，是一種通過溶酶體在細(xì)胞內(nèi)部降解功能失調(diào)的細(xì)胞組分的過程。自噬可以降解和消化受損、變性的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)與核酸等生物大分子，為細(xì)胞的再生和修復(fù)提供原料，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的循環(huán)利用。自噬細(xì)胞通過自身自噬作用保護(hù)其避免凋亡或壞死稱為細(xì)胞保護(hù)性自噬(protective autophagy)；而對細(xì)胞生理產(chǎn)生不利影響的自噬過程稱為細(xì)胞破壞性自噬(destructive autophagy)[11-13]。常見的自噬類型有巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy)3種。大分子物質(zhì)主要通過巨自噬降解，此過程需要形成自噬體；而小分子物質(zhì)直接被溶酶體吞噬降解，不需要自噬體參與；分子伴侶介導(dǎo)的自噬則需要依賴分子伴侶蛋白，使其被溶酶體膜上溶酶體膜蛋白1及2 (lysosomal membrane protein 1 and 2, LAMP1/2)識(shí)別，最后在溶酶體區(qū)室被降解[9]。

大量研究表明，AgNPs可以誘導(dǎo)細(xì)胞巨自噬[7-8,10]。細(xì)胞巨自噬形成的過程涉及自噬小體(autophagosome)的成核(nucleation)、延伸(elongation)、成熟(maturation)和降解(degradation)。在巨自噬早期階段，unc-51樣激酶(unc-51 like kinase 1, ULK1)復(fù)合物和Ⅲ型磷脂酰肌醇-3-激酶(class Ⅲ phosphoinositide 3-kinase, PI3KC3)復(fù)合物負(fù)責(zé)自噬前體雙膜的形成。ULK1復(fù)合物與PI3KC3復(fù)合物結(jié)合能局部激活磷脂酰肌醇3-磷酸(phosphoinositide 3-phosphate, PI3P)，誘導(dǎo)自噬前體膜上自噬相關(guān)蛋白9 (autophagy protein 9, ATG9)募集2個(gè)和自噬體膜延伸與自噬體形成的關(guān)鍵泛素樣系統(tǒng)，即ATG12系統(tǒng)以及微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3 (microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3, LC3)系統(tǒng)。ATG12系統(tǒng)由ATG5/ATG12/ATG16L1組成，具有類E3泛素酶活性，能誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子EB (transcription factor EB, TFEB)與自噬體耦合，促進(jìn)LC3驅(qū)動(dòng)自噬體的生長，并調(diào)控自噬體與溶酶體結(jié)合，最終使微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3Ⅰ (microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3Ⅰ, LC3-Ⅰ)轉(zhuǎn)化為微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3Ⅱ (microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3Ⅱ, LC3-Ⅱ)[14-15](圖1)。

2 納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞巨自噬的潛在機(jī)制(Potential mechanism of AgNPs-induced macroautophagy)

2.1 氧化應(yīng)激反應(yīng)

大量研究表明，AgNPs可通過誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)激活細(xì)胞巨自噬過程[16-18]。眾所周知，自噬發(fā)生過程中，LC3合成后立即在其羧基端被ATG4所剪切，生成胞質(zhì)LC3-Ⅰ。同時(shí)，在自噬過程中，LC3-Ⅰ會(huì)被包括ATG7和ATG3在內(nèi)的泛素蛋白酶體系所修飾，產(chǎn)生分子量為14 kD的LC3-Ⅱ，并定位到自噬小體中。LC3-Ⅱ的含量和發(fā)生自噬的程度成正比，LC3-Ⅱ/Ⅰ比值的大小可估計(jì)自噬水平的高低。Lee等[16]的研究表明，在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞NIH3T3中，AgNPs顯著誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致細(xì)胞溶酶體數(shù)量增加、囊泡出現(xiàn)、LC3-Ⅱ及選擇性自噬接頭蛋白P62表達(dá)水平上調(diào)等一系列反應(yīng)。在小鼠原B淋巴細(xì)胞Ba/F3中觀察到了同樣的現(xiàn)象[17]。另外，一些報(bào)道指出，氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致的線粒體裂變也是AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞巨自噬可能的要因之一[18]。

圖1 細(xì)胞自噬過程注：ULK1表示unc-51樣激酶，F(xiàn)IP200表示黏著斑激酶家族相互作用蛋白200，ATG3/4/5/7/9/10/12/13/14/16/101分別表示自噬蛋白3/4/5/7/9/10/12/13/14/16/101，BECN1表示Beclin1蛋白，VPS15/34分別表示液泡蛋白分選15和34，PI3P表示磷脂酰肌醇3-磷酸，LC3表示微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3，LC3-Ⅰ表示微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3Ⅰ，LC3-Ⅱ表示微管相關(guān)蛋白Ⅰ輕鏈3Ⅱ。Fig. 1 The process of autophagyNote: ULK1 stands for unc51-like kinase 1; FIP200 stands for focal adhesion kinase family interacting protein of 200; ATG3/4/5/7/9/10/12/13/14/16/101 stands for autophagy protein 3/4/5/7/9/10/12/13/14/16/101; BECN1 stands for Beclin1 protein; VPS15/34 stands for vacuolar protein sorting 15 and 34; PI3P stands for phosphoinositide 3-phosphate; LC3 stands for microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3; LC3-Ⅰ stands for microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3Ⅰ; LC3-Ⅱ stands for microtuble-associated protein Ⅰ light chain 3Ⅱ.

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)能激活細(xì)胞保護(hù)性自噬。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及儲(chǔ)存鈣離子(Ca2+)的主要場所[19]。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)缺氧、Ca2+耗竭以及蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊等情況時(shí)，即可能引發(fā)細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)。研究表明AgNPs處理人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y后，細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)被破壞引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)激活了自噬過程[20]。

2.3 溶酶體功能損傷

溶酶體功能損傷可能是細(xì)胞自噬的另一原因。溶酶體在細(xì)胞自噬過程中負(fù)責(zé)與自噬小體融合并在溶酶體區(qū)室組織蛋白酶的作用下促進(jìn)自噬溶酶體降解。AgNPs染毒人胚胎腎細(xì)胞HEK293T、人腎癌細(xì)胞A498和人前列腺癌細(xì)胞PC3后，細(xì)胞內(nèi)ROS水平?jīng)]有顯著變化，但依然檢測到LC3-Ⅱ/Ⅰ的比值升高以及ATG3、ATG5、ATG6等自噬蛋白的表達(dá)上調(diào)，說明在不引起氧化應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，AgNPs依然可以誘導(dǎo)細(xì)胞自噬過程。其主要原因是AgNPs暴露引起了細(xì)胞內(nèi)缺氧狀態(tài)，導(dǎo)致溶酶體區(qū)室的組織蛋白酶D活性以及維持溶酶體功能的相關(guān)基因(csta、cstd、clcn7和mcoln)受到抑制[8,21]。

3 納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞自噬涉及的主要信號通路(The main signaling pathways involved in AgNPs-induced macroautophagy)

與細(xì)胞巨自噬相關(guān)的一個(gè)核心蛋白是哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian rapamycin target protein, mTOR)。mTOR被認(rèn)為是細(xì)胞的營養(yǎng)感受器，是一種分子大小為289 kD的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[22]。mTOR的磷酸化對細(xì)胞自噬過程起著負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。通常，mTOR位于溶酶體膜上，當(dāng)細(xì)胞處于正常狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞質(zhì)中的核轉(zhuǎn)錄因子TFEB被mTOR磷酸化，誘導(dǎo)mTOR激活[23]。反之，當(dāng)細(xì)胞處于異常狀態(tài)時(shí)，TFEB可從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，引起腺苷磷酸依賴性蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate (AMP)-activated protein kinase, AMPK)、腫瘤抑制蛋白(tumor suppressor P53, P53)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)等相關(guān)自噬蛋白過表達(dá)[24]，而mTOR則從溶酶體膜上被釋放出來，mTOR活性被抑制后能促進(jìn)細(xì)胞自噬。

3.1 AMPK/mTOR信號通路

AMPK對維持細(xì)胞的能量穩(wěn)態(tài)有重要作用，常被稱為“細(xì)胞能量感受器”[25]。當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)能量匱乏，即腺苷磷酸(adenosine monophosphate, AMP)或二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)相對升高時(shí)，AMPK將被激活[26]。AgNPs能破壞電子呼吸鏈導(dǎo)致ROS顯著增加，引起線粒體損傷，使三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)合成中斷[27]。長時(shí)間暴露在AgNPs的細(xì)胞還可能出現(xiàn)缺氧情況。Chen等[21]的研究表明，亞致死劑量AgNPs染毒PC3細(xì)胞24 h后導(dǎo)致細(xì)胞處于缺氧以及能量匱乏狀態(tài)、LC3-Ⅱ/Ⅰ比值增加、mTOR及其下游靶點(diǎn)蛋白核糖體S6激酶(ribosomal protein S6 kinase, S6K)活性被抑制，AMPK下游靶點(diǎn)乙酰輔酶A羧化酶1 (acetyl CoA carboxylase 1, ACC1)的磷酸化呈劑量依賴性降低，說明AgNPs通過AMPK/mTOR途徑激活了細(xì)胞自噬。同樣，在低劑量AgNPs誘導(dǎo)腎細(xì)胞系自噬的過程中，AMPK/mTOR被證明是自噬啟動(dòng)過程的關(guān)鍵信號通路[8]。在該過程中，細(xì)胞溶酶體結(jié)構(gòu)與功能受到損傷，LAMP1表達(dá)減少、組織蛋白酶D活性下降。另外，AMPK的激活還受到細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)節(jié)，當(dāng)胞質(zhì)Ca2+超負(fù)荷時(shí)，Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶可通過激活死亡相關(guān)蛋白激酶(death-associated protein kinase, DAPK)活化AMPK，從而引起細(xì)胞自噬[28]。最近，Li等[20]的研究表明，AgNPs導(dǎo)致SH-SY5Y細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+外流，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而激活了AMPK/mTOR自噬信號通路。

3.2 PI3K/AKT/mTOR信號通路

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)信號通路能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、細(xì)胞周期等相關(guān)蛋白基因的表達(dá)來調(diào)控細(xì)胞功能[29]。PI3K可以被表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factors-1, IGF-1)等多種細(xì)胞因子激活。研究表明，AgNPs也可以通過激活PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導(dǎo)Ba/F3細(xì)胞、肝癌細(xì)胞HepG2和小鼠乳腺上皮細(xì)胞HC11等的自噬過程[17,30-31]。但是，PI3K選擇性抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine, 3-MA)預(yù)處理或沉默ATG5后，AgNPs染毒的Ba/F3細(xì)胞活力明顯上升[17]，而HC11細(xì)胞活力明顯下降[31]。顯示PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活對細(xì)胞存活的影響具有明顯的兩面性。

3.3 P53途徑

p53基因是腫瘤抑制基因，在DNA損傷時(shí)能夠激活p21阻滯細(xì)胞周期，具有修復(fù)受損DNA或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能。一直以來，P53蛋白被認(rèn)為與細(xì)胞凋亡等的聯(lián)系更為密切。然而最近的研究表明，P53也與細(xì)胞自噬高度相關(guān)[32]。細(xì)胞在正常狀態(tài)下，P53通過泛素降解途徑在細(xì)胞質(zhì)中保持低水平從而抑制細(xì)胞自噬[33]，當(dāng)受損DNA數(shù)量超過DNA修復(fù)能力時(shí)，P53能夠通過損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)控基因dram1等激活細(xì)胞自噬[34]。一項(xiàng)體內(nèi)研究也證實(shí)，大鼠灌胃90 d AgNPs后，大鼠肝臟組織LC3-Ⅱ/Ⅰ比值明顯升高，其主要涉及P53途徑[35]。

3.4 其他相關(guān)途徑

除上述信號通路外，MAPK家族中的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)、胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)和磷酸酶及張力蛋白同源物(PTEN)誘導(dǎo)的激酶1 (PTEN-induced kinase 1, PINK1)/Parkin等都被報(bào)道涉及細(xì)胞自噬過程[33,36-39]。通過生物合成的AgNPs可能經(jīng)由JNK途徑促進(jìn)人骨肉瘤細(xì)胞激活細(xì)胞保護(hù)性自噬[37]。另外，AgNPs處理宮頸癌HeLa細(xì)胞后所引起的自噬信號通路可能以獨(dú)立于mTOR的方式激活完整自噬過程[40]。迄今為止，溶酶體Ca2+信號傳導(dǎo)等經(jīng)典自噬機(jī)制及其他更多轉(zhuǎn)錄因子或信號分子是否參與AgNPs誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬調(diào)控仍然存在爭議，這些途徑有待進(jìn)一步深入研究。

4 納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的生物效應(yīng)(Biological effects of AgNPs induced-autophagy)

線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長代謝的關(guān)鍵細(xì)胞器，它們在細(xì)胞中相互調(diào)節(jié)、相互作用，對維持細(xì)胞正常的生理狀態(tài)具有重要意義。然而，AgNPs可以直接或間接地?fù)p傷線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體，并通過一系列反應(yīng)激活自噬。

自噬對細(xì)胞具有兩面性，一方面細(xì)胞自噬可以抵抗AgNPs誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)帶來的負(fù)面影響。線粒體自噬能減輕AgNPs引起的ROS積累和線粒體DNA的釋放，減少細(xì)胞凋亡、減輕炎癥反應(yīng)[41-42]。AMPK/mTOR信號通路對減輕細(xì)胞炎癥反應(yīng)、抵抗細(xì)胞溶酶體損傷和能量缺乏起關(guān)鍵作用[31,43-44]。另外，細(xì)胞自噬也可以抵抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)促進(jìn)細(xì)胞存活。AgNPs能誘導(dǎo)Ca2+在細(xì)胞質(zhì)中過載，這對細(xì)胞的生長代謝往往具有不利影響，如引起細(xì)胞凋亡或壞死。細(xì)胞自噬在某種程度上能夠抵消因內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張，這可能是細(xì)胞抵抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)細(xì)胞存活的關(guān)鍵[19-20,45-46]。在缺氧條件下，自噬可以降低細(xì)胞內(nèi)的耗氧率。AMPK激活后通過磷酸化脂肪分解的限速酶促進(jìn)脂肪分解；通過磷酸化線粒體裂變因子(mitochondrial fission factor, MFF)促進(jìn)線粒體自噬來恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)部的能量穩(wěn)態(tài)[44]。另一方面細(xì)胞自噬可能加重AgNPs對細(xì)胞損傷的程度。過度自噬可能促進(jìn)細(xì)胞吸收并蓄積AgNPs，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死[38]。當(dāng)細(xì)胞處于長時(shí)間應(yīng)激狀態(tài)，細(xì)胞可能發(fā)生非凋亡性死亡，從而促進(jìn)了AgNPs對細(xì)胞的毒性作用。同時(shí)，細(xì)胞在持續(xù)處于氧化還原狀態(tài)失衡的情況下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬可能是細(xì)胞凋亡的上游事件。蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase, PERK)、激活轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor 6, ATF6)和肌醇依賴酶(inositol-requiring enzyme-1, IRE1)是3種已知的響應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的蛋白。當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(glucose regulated protein 78, GRP78)將從PERK上解離使其活化。PERK活化后將導(dǎo)致C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein, CHOP)被激活。CHOP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中起著介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。AgNPs可以誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞內(nèi)CHOP過表達(dá)，最終通過Caspase3途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[47]。

AgNPs的染毒濃度、粒徑、形狀、分散性和表面涂層等均對誘導(dǎo)細(xì)胞自噬水平產(chǎn)生影響。1 mg·mL-1的AgNPs染毒HepG2細(xì)胞后，觀察到細(xì)胞自噬被激活、促進(jìn)了細(xì)胞的生存能力，而染毒濃度達(dá)到50 mg·mL-1時(shí)，卻誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡[47]。AgNPs染毒HeLa細(xì)胞后，可以觀察到TFEB核易位、LC3-Ⅱ、p62和LAMP1等顯著升高[24]。但檸檬酸鹽涂層的AgNPs染毒腺癌人類肺泡基底上皮細(xì)胞A549后并未觀察到TFEB核易位，只是在轉(zhuǎn)錄水平上抑制了其表達(dá)[10]。AgNPs還可能通過破壞溶酶體結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定性，減少自噬溶酶體的降解，阻滯自噬通量完整性。經(jīng)由胺修飾的AgNPs可引起NIH-3T3細(xì)胞自噬和凋亡，且20 nm比80 nm的胺修飾AgNPs能引起更多的溶酶體腫脹[45]。此外，AgNPs可以破壞A498、HEK293和A549細(xì)胞內(nèi)溶酶體結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定性，減少自噬溶酶體的降解，阻滯自噬通量完整性[8,10]。Fageria等[38]的研究表明，9 nm和19 nm的AgNPs可由不同的內(nèi)在化途徑被人乳腺癌細(xì)胞MCF-7及MDA-MB-468攝取，在短時(shí)間內(nèi)觀察到LC3-Ⅱ、Beclin-1和ATG3蛋白水平增加，但在24 h后，細(xì)胞內(nèi)溶酶體出現(xiàn)功能性障礙，細(xì)胞自噬通量被阻滯[38]。今后，探究AgNPs的自噬效應(yīng)時(shí)，其理化性質(zhì)、分散狀態(tài)及其作用環(huán)境等都是需要考慮的影響因素。

5 總結(jié)與展望(Summary and outlook)

伴隨著AgNPs的廣泛應(yīng)用，其帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。揭示AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞自噬作用對AgNPs材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用及評估其潛在風(fēng)險(xiǎn)有著重要的意義。迄今為止的研究表明，AgNPs主要通過氧化應(yīng)激反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)以及溶酶體功能損傷激活細(xì)胞自噬過程。另一方面，細(xì)胞自噬也能夠某種程度上減輕AgNPs對細(xì)胞的毒性作用(圖2)，而AgNPs的持續(xù)作用可能導(dǎo)致過度自噬，并引起細(xì)胞凋亡甚至壞死。此外，AgNPs也可能引起溶酶體功能障礙，阻滯細(xì)胞自噬通量的完整性，影響受損細(xì)胞器或錯(cuò)誤翻譯蛋白質(zhì)的降解等過程。AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞自噬信號通路的不同似乎與細(xì)胞生存命運(yùn)有關(guān)。不同理化性質(zhì)的AgNPs以及細(xì)胞類型對AgNPs激活細(xì)胞的自噬信號通路具有選擇性。因此，進(jìn)一步闡明不同AgNPs誘導(dǎo)自噬過程的分子機(jī)制，控制和調(diào)節(jié)AgNPs引起的自噬活化，并且在分子水平上調(diào)控自噬發(fā)生過程，降低AgNPs自身的毒性，是AgNPs在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

未來，隨著納米科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，AgNPs在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也必將逐漸增多。隨著AgNPs的廣泛應(yīng)用，其極有可能因?yàn)樘幹貌划?dāng)而被環(huán)境生物所富集，并可能對生物造成長期影響。已經(jīng)有學(xué)者對AgNPs是否具有跨代傳遞特性進(jìn)行研究，而AgNPs誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬信號通路通常涉及細(xì)胞激酶的激活與失活，對其是否會(huì)引起表觀遺傳效應(yīng)和二者之間的聯(lián)系還未可知。未來需要在研究AgNPs誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的信號通路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解其誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬信號通路與表觀遺傳的關(guān)系，為評估AgNPs的生物毒性提供新見解。

圖2 納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的分子機(jī)制及生物效應(yīng)注：ROS表示活性氧；ATP表示三磷酸腺苷；AMPK表示腺苷磷酸依賴性蛋白激酶；PI3K表示磷脂酰肌醇3-激酶；AKT表示蛋白激酶B；P53表示腫瘤抑制蛋白；mTOR表示哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白；PINK1/Parkin表示磷酸酶及張力蛋白同源物(PTEN)誘導(dǎo)的激酶1/Parkin；JNK表示c-Jun氨基末端激酶；ERK表示胞外調(diào)節(jié)激酶。Fig. 2 Molecular mechanism and biological effects of autophagy induced by AgNPsNote: ROS stands for reactive oxygen species; ATP stands for adenosine triphosphate; AMPK stands for adenosine 5’-monophosphate (AMP)-activated protein kinase; PI3K stands for phosphoinositide 3-kinase; AKT stands for protein kinase B; P53 stands for tumor suppressor protein; mTOR stands for mammalian rapamycin target protein; PINK1/Parkin stands for PTEN-induced kinase 1/Parkin; JNK stands for c-Jun N-terminal kinase; ERK stands for extracellular regulated protein kinase.

通訊作者簡介：趙曉旭(1984—)，男，博士，講師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)。

共同通訊作者簡介：呂源財(cái)(1986—)，男，博士，講師，主要研究方向?yàn)榧{米材料的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。