纳米材料毒性的研究进展

张丽慧，田秋月，朱小勇

纳米材料毒性的研究进展

张丽慧，田秋月，朱小勇

（铜仁职业技术学院， 贵州 铜仁 554300）

这些年来，随着纳米材料的广泛应用，各种各样的纳米产品走进了我们的日常生活中， 从而使得更多人开始去关心纳米材料对人身体的影响。近年来，研究者们对纳米材料的毒性展开了很多的研究，研究发现研究纳米材料能够对细胞、器官和组织等引发的毒性。进一步研究发现纳米材料产生毒性的机制主要包括有氧化应激、炎症反应。最后导致细胞发生凋亡[1]。对于了解纳米材料的引发毒性的机制，如何使人们能够安全的使用纳米材料的具有非常重要的意义。本文总结了纳米材料的几种毒性机制。

纳米材料； 毒性； 研究进展

纳米材料指的是至少有一维的尺度范围在1~100 nm之间[2]。这些年随着纳米科技的日益发展，许多纳米材料已广泛应用于人们生活的各个领域，例如农业，化工生产，医药生产等领域，这样就导致了大量的纳米材料进入到我们生活的环境中，进而使得我们在工作和生活中大量的接触到各种各样的纳米材料。 据相关文献报道纳米材料可以应用于食品添加剂、涂料、化妆品等产品[3]。在生物医药领域，纳米材料的应用主要包括医疗诊断、靶向输运药物、医学成像等[4]。由于纳米材料尺寸比较小， 所以比较容易通过呼吸道、食道、甚至皮肤等途径侵入到我们的体内[5]。这样就会严重威胁到我们人体的健康，所以我们非常有必要去了解纳米材料有哪些毒性。

这些年来关于纳米毒性的研究工作，已有大量的研究者有相关发现和报道，研究者们从体内和体外的试验结果中发现了纳米材料引发毒性的机制，进而得到了一些相同的的结论。结果的数据表明，纳米材料能够使机体产生氧化应激和炎症反应[6]，最后对机体产生毒性的作用。纳米材料产生毒性的过程的机制主要是纳米材料使细胞产生生活性氧，然后大量的活性氧又会使细胞的产生氧化应激反应，最终诱发各种疾病的发生。

1 纳米材料引发细胞产生氧化应激

一般来说，活性氧的产生与数量是维持在一定的平衡状态的。活性氧能够在正常细胞的生长发育中不断地产生，参与正常机体内的各种有益的生命活动，但是，如果在机体生长发育阶段，活性氧的的产生太多了，超过了机体清除活性氧的水平。就会影响机体的生命活动，正常生理状态下，机体的活性氧处于动态平衡之中，但是如果活性氧太多，使得机体无法有效清除的时候，就会使机体处于氧化应激的状态，如果氧化应激的情况比较严重就会使使机体的组织和器官发生严重的病变。由此看来，当细胞内的活性氧超过一定的量，就使细胞产生氧化应激，最终导致细胞的损害，有研究者研究发现SiO2纳米材料能够诱导小鼠EAC细胞和L1210白血病产生活性氧[7]。Rahman等[15]发现纳米颗粒和细胞膜相互作用后产生了活性氧，触发氧化应激的产生，从而引起细胞膜脂的破裂和细胞内Ca2+稳态失去平衡，最后引发细胞凋亡。

2 纳米材料诱发细胞产生炎症反应

许多研究表明纳米材料还能诱发细胞产生炎症反应[8]。研究发现，一些纳米材料可以通过使免疫细胞内的炎症小体活化，产生促炎性因子IL-1，进而诱导细胞产生炎症效应， 有文献报道经氨基修饰过的聚苯乙烯纳米材料能够使细胞产生炎症反应[9]。炎症反应发生的过程指的是是机体的免疫系统被活化进而识别并清除掉入侵的各种病原微生物的一系列过程[1]，纳米材料通过内吞作用得以进入到免疫细胞内部，从而能够刺激免疫细胞产生大量的促炎性因子和趋化因子，最后诱导炎症反应的产生[1]。纳米材料对炎症反应的影响还包括对Th1/Th2 免疫反应的调节。Wang 等[10]研究发现给小鼠注射两种不同晶型的 二氧化钛纳米材料后，结果检测到小鼠脑部的二氧化钛的含量增加，进而取小鼠的脑组织进行一些列的氧化损伤和病理学检查。 研究人员发现二氧化钛能够在脑组织中发生沉积聚集， 沉积的二氧化钛又能够进一步诱发脑组织的脂质过氧化以及蛋白质的氧化， 最后导致谷胱甘肽和一氧化氮的释放。也有报道发现锐钛矿型的二氧化钛能够引起更高的毒性效应，同时还具有时间依赖型效应，随着时间的延长，二氧化钛纳米颗粒的沉积量变多，最终使TNF-和IL-1两种炎性因子的表达升高，最后引起炎症反应[11]。

3 纳米材料引发细胞凋亡

有文献报道发现纳米材料同样也可引发细胞的DNA损伤和细胞凋亡。研究表明，四氧化三铁纳米颗粒能够诱导纤维细胞产生凋亡[12]。超顺磁性氧化铁纳米颗粒能够使细胞线粒体的膜电位下降[13]，Metz等报道[14]，人单核细胞经四氧化三铁纳米颗粒给药4 h后，就能使细胞产生非常明显的凋亡。纳米颗粒引起的凋亡的信号途径主要是 PI3-K/Akt，通过减少SIRT1的表达，进而促使p53信号因子的激活，最后诱导细胞发生凋亡[15]。也有文献报道[16]用Annexin V染色法测定经过纳米材料作用48 h后细胞的凋亡结果，然后发现四氧化三铁纳米颗粒实验组的细胞凋亡率为百分之十四，被葡聚糖包裹的四氧化三铁实验组的细胞凋亡率为百分之十一，原因可能是由于细胞对四氧化三铁纳米颗粒的大量摄取內吞导致的，结果导使细胞产生凋亡的现象。Wang等[17]用肺的几类细胞为模型进行研究，发现经修饰过的金纳米颗粒能够聚集于肺癌A549细胞的线粒体，从而最后诱导肿瘤细胞的凋亡。

4 结束语

日常生活中广泛使用纳米材料的的会使我们增加获得由纳米材料产生毒性的机会。例如我们呼吸道的暴露和皮肤接触以及纳米材料在医学领域的广泛应用、纳米药物的使用和食品用纳米材料的食用，都会使得使各种纳米材料及自然环境中的纳米尺度的颗粒通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入到我们人体内。进而对人们造成潜在的危害，揭示纳米材料的生物效应及产生毒性的机制，对于使人们安全的使用纳米材料制成相关纳米产品有着重要的意义。 因此，只有全面了解纳米的毒性，才能使我们更加科学安全的去研究和使用各种纳米材料。

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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

张丽慧（1986-），女，土家族，讲师，硕士研究生，贵州省铜仁市人，2013年毕业于辽宁大学药物化学专业，研究方向：从事小分子药物合成及药学教学相关工作。

TQ 086.5

A

1004-0935（2017）03-0237-03