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目的和意义:纳米颗粒生物安全性问题是当前纳米技术研究领域中的热点。目前已经证明:肝脏作为机体的重要器官之一,是纳米颗粒主要的靶点,因此,纳米颗粒的肝毒性效应已成为焦点问题。肝脏是机体物质代谢的主要器官,其中,肝细胞中大量存在的线粒体,是糖类、脂类和氨基酸类三大物质最终转化为ATP的共同场所,为细胞生命活动提供约95%的能量,是能量代谢的关键因素。然而,到现在为止,纳米颗粒对肝细胞中线粒体相关的能量代谢是否存在潜在威胁还不清楚。本课题选择二氧化硅纳米颗粒(Si O2-NPs)和羟基磷灰石纳米颗粒(HA-NPs)为研究对象,并以相应的微米级颗粒为对照材料,通过研究两种无机纳米颗粒对肝细胞和肝细胞线粒体及线粒体功能的损伤作用,旨在阐明两种无机纳米颗粒对肝细胞线粒体能量代谢的影响及其机制,为今后纳米颗粒的安全应用提供科学依据。材料和方法:(1)体外分别将Si O2-NPs/μm-Si O2、HA-NPs/μm-HA与大鼠正常肝细胞(BRL细胞)直接接触,测定两种纳米颗粒对BRL细胞的损伤、线粒体脱氢酶活性的影响、观察颗粒进入细胞后在线粒体中的分布、线粒体膜电位(MMP)变化,进而检测颗粒对线粒体能量代谢途径中三羧酸循环酶和氧化磷酸化的影响;(2)体外分别将Si O2-NPs/μm-Si O2或HA-NPs/μm-HA处理大鼠枯否细胞(KC),再将细胞培养上清液处理BRL细胞,确定纳米颗粒通过KC对BRL细胞线粒体能量代谢途径中氧化磷酸化的影响,并通过测定两种纳米颗粒对KC的激活作用和观察KC释放的一系列促炎症因子【肿瘤坏死因子-α(TNF-α),一氧化氮(NO)、活性氧(ROS)】以探求其背后机制。结果:(1)Si O2-NPs和HA-NPs对BRL的直接影响。结果显示:1)两种纳米颗粒随着处理剂量的增加,均能使BRL细胞的活力逐渐下降,损伤作用加强,细胞内线粒体脱氢酶活性下降、线粒体膜电位(MMP)下降,此外Si O2-NPs被证实确实能够进入细胞后引起线粒体的结构损伤;2)Si O2-NPs和HA-NPs均能使线粒体三羧酸循环中异柠檬酸脱氢酶(IDH)和柠檬酸合酶(CS)的表达下降以及氧化磷酸化途径中呼吸链复合物不同程度受损(Si O2-NPs和HA-NPs分别引起复合物I、III、IV和I、II、III的功能障碍),此外HA-NPs被证实能够引起线粒体三羧酸循环中α-酮戊二酸(α-KGDC)的表达下降。(2)Si O2-NPs和HA-NPs对BRL的间接影响。结果显示:1)Si O2-NPs和HA-NPs可通过KC导致BRL细胞线粒体氧化磷酸化途径中呼吸链复合物不同程度的功能受损(Si O2-NPs和HA-NPs分别引起复合物I和I、II、III的功能障碍);2)Si O2-NPs和HA-NPs可刺激KC活化,上调促炎性介质TNF-α、NO、ROS的不同程度表达,而这些促炎症因子可能是颗粒间接导致线粒体能量代谢功能损害作用背后的机制。结论:(1)Si O2-NPs和HA-NPs均在不同程度上直接诱导肝细胞产生细胞毒性、诱导线粒体活性和完整性的破坏;(2)Si O2-NPs和HA-NPs均可以在不同程度上直接引起肝细胞线粒体三羧酸循环和氧化磷酸化等一系列能量代谢功能上的障碍;(3)Si O2-NPs和HA-NPs均可以在不同程度上激活枯否细胞,通过诱导促炎症因子的释放,间接引起肝细胞线粒体氧化磷酸化的能量代谢功能障碍。(4)与微米级颗粒相比,Si O2-NPs和HA-NPs无论是直接引起肝细胞线粒体能量代谢发生障碍的作用,还是通过KC对肝细胞线粒体能量代谢产生障碍的作用,效应都更为明显。