由于碳纳米管独特的理化性质，使其在环境和纳米医药领域的应用潜力巨大。碳纳米管与细胞的相互作用始于与细胞产生物理接触，随后被细胞摄入、外排或者降解，这些生物过程决定了碳纳米管实际的细胞内暴露量，因而对碳纳米管后续的毒性/生物效应至关重要。全面深入了解这个复杂过程中涉及到的分子机制，为揭示和调控碳纳米管生物活性提供指导意义。目前，碳纳米管的细胞内吞机制已有报道，但是对于碳纳米管的细胞外排机制研究却鲜有提及。
中科院生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室郭良宏研究组近期在碳纳米管细胞外排生物过程和效应方面取得重要进展，相关研究成果发表于Small，并作为当期的封底文章。
该研究组近年来一直致力于研究碳纳米管的细胞毒代动力学和热力学过程及其毒理机制。最近，将碳纳米管暴露巨噬细胞，通过检测胞外ATP的释放，意外发现一种特殊的嘌呤受体-P2X7参与介导了碳纳米管的外排过程。同时研究发现，过量的胞外ATP结合P2X7受体后，能短暂激活该受体，并诱导细胞外钙离子内流，进而激活MAPK信号通路。并且碳纳米管在溶酶体内的累积会引起溶酶体碱化，导致碳纳米管会沿着重排后的细胞骨架导轨排出细胞。该项研究首次揭示了细胞外排碳纳米管的分子起始事件以及后续的细胞生物效应。该研究将为碳纳米管未来的生物应用率和毒性防治提供指导价值。
在细胞外排机制的基础上，研究组进一步发现，环境重金属离子（如：Ni2+）能抑制P2X7受体活性，进而阻碍碳纳米管的正常外排，造成过量的碳纳米管在细胞内累积，引起更大的毒性。该机制是一种新型的联合毒性作用机制，为研究环境中碳纳米管与其他污染物共存状态下的安全性评价提供了新的借鉴思路。
本研究得到中科院先导专项和国家自然科学基金委的资助。论文的第一作者是崔雪晶博士，通讯作者为万斌副研究员和郭良宏研究员。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201670226/full
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201602410/full
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.6b03842
细胞外排碳纳米管的机制示意图
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2017年1月12日