何湘?zhèn)ィ?陽，張雪瑩，李 漫，何土保

納米材料毒性機(jī)制及其影響因素

何湘?zhèn)?，?陽，張雪瑩，李 漫，何土保

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

納米材料以其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，隨著納米材料的生產(chǎn)加工和使用，納米材料可以經(jīng)過大氣循環(huán)、水循環(huán)、生物循環(huán)進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而侵染生物體，影響人類健康.因此，納米材料的毒性問題日益受到人們的關(guān)注，而納米材料毒性機(jī)制和影響因素是納米材料毒性研究的熱點(diǎn)問題之一.目前，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是解釋納米材料毒性的兩種主要機(jī)制，此外，越來越多的研究表明自噬也是納米材料毒性的一種潛在機(jī)制，并且自噬可能與氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)相互關(guān)聯(lián).另一方面，納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)如尺寸、形狀、表面修飾等對(duì)其毒性產(chǎn)生重要影響.本文首先概括了納米顆粒進(jìn)入環(huán)境及侵染生物體的方式，分析納米材料引起生物和環(huán)境毒性的機(jī)制，最后對(duì)影響納米材料毒性的因素進(jìn)行深入探討，以期為納米毒理學(xué)研究提供幫助.

納米材料；氧化應(yīng)激；炎癥反應(yīng)；自噬；物理化學(xué)性質(zhì)

納米材料是指至少有一個(gè)維度在1～100nm范圍內(nèi)的材料[1].納米技術(shù)是在納米尺度(1～100nm)空間對(duì)原子、分子進(jìn)行操作和加工，產(chǎn)生具有獨(dú)特性能的納米材料、產(chǎn)品和器件的技術(shù).在這樣一個(gè)尺度空間中，納米材料具有一些獨(dú)特性質(zhì)，特別是納米材料的四大效應(yīng)，即小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng).這些效應(yīng)使得納米材料表現(xiàn)出優(yōu)越的導(dǎo)電性、傳導(dǎo)性、光敏性、反應(yīng)活性及磁性.納米技術(shù)的飛速發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)方式與生活方式的革命，已經(jīng)成為當(dāng)前許多國(guó)家投入最多、發(fā)展最快的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域之一.經(jīng)過20多年的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，納米材料正在投入商業(yè)應(yīng)用.在化學(xué)化工、信息技術(shù)、醫(yī)藥技術(shù)、電子技術(shù)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，預(yù)計(jì)到2015年納米材料市場(chǎng)將會(huì)達(dá)到1萬億美元[2].同時(shí)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括活體成像、診斷治療、靶向輸運(yùn)等，納米材料的身影無處不在.

發(fā)展納米技術(shù)的目的是為社會(huì)帶來巨大利益.然而隨著納米材料的廣泛使用，納米材料不可避免地會(huì)逐漸進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，并且會(huì)隨著大氣循環(huán)、水循環(huán)、生物循環(huán)進(jìn)入生物體.政府、企業(yè)界、公眾和科學(xué)家們很快意識(shí)到納米材料的健康效應(yīng)是不容忽視的問題，并紛紛表示關(guān)注.越來越多的研究表明納米材料具有一定的毒性[3]，2015年3月我們以Nano?和Toxi?為主題在Web of Science檢索，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的文獻(xiàn)總共達(dá)42000多篇，并且每年關(guān)于納米材料毒性研究的相關(guān)文獻(xiàn)不斷上升，特別是近幾年來發(fā)展非常迅速，其中2012、2013和2014年分別達(dá)到了5976篇、7390篇和7890篇.研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米顆粒或納米材料對(duì)于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的毒性作用，并且在細(xì)胞、真菌、細(xì)菌、藻類等多個(gè)物種中展開了實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)納米材料毒性研究的探索，在納米材料的毒性機(jī)制及其影響因素方面發(fā)表了大量的文章，得到了一些基本結(jié)論.本文從納米顆粒進(jìn)入環(huán)境及侵染生物體的方式切入，總結(jié)了最近關(guān)于納米材料毒性機(jī)制的主要研究成果，分析了影響納米材料毒性的主要因素，為納米材料的毒性研究提供幫助.

1 納米顆粒進(jìn)入生態(tài)環(huán)境以及侵染生物體的方式

環(huán)境中的納米顆粒主要有兩種來源:人為來源與自然來源.人為來源主要包括納米材料生產(chǎn)、使用、廢棄過程中以各種形式排放到環(huán)境中的納米顆粒，除此之外，煤、石油、天然氣的使用以及汽車尾氣排放等也會(huì)產(chǎn)生一定的納米顆粒進(jìn)入大氣；自然來源主要是一些自然現(xiàn)象產(chǎn)生的，例如火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、生物合成等.不論是人為來源還是自然來源，進(jìn)入環(huán)境中的納米顆粒均會(huì)隨著大氣循環(huán)、水循環(huán)、生物循環(huán)參與生物圈循環(huán)，進(jìn)而侵染生物體.圖1表示了納米顆粒進(jìn)入生態(tài)環(huán)境及其侵染生物體的方式.如圖所示，納米顆粒經(jīng)過大氣輸送進(jìn)入空氣，經(jīng)過大氣-地表交換進(jìn)入土壤，經(jīng)過水體土壤間的轉(zhuǎn)化等進(jìn)入水體，最終通過這些途徑進(jìn)入生態(tài)環(huán)境的各個(gè)部分進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境.同時(shí)，納米顆粒在大氣循環(huán)下，會(huì)隨著空氣經(jīng)過呼吸道被人類吸入；在水循環(huán)下隨著飲用水經(jīng)過消化道被人類吸收；在生物循環(huán)下，通過食物鏈的富集作用，隨著動(dòng)植物等被人類攝入；還可能通過皮膚等直接接觸影響人類健康.相比較而言，通過呼吸道進(jìn)入人體的納米顆粒較多，可能損傷人類肺部健康.

2 納米材料毒性機(jī)制

Sandra等[4]通過一種“點(diǎn)”法即在納米材料的去離子水懸浮液中培養(yǎng)細(xì)胞24小時(shí)，然后用移液器吸取，在介質(zhì)中作為一個(gè)“點(diǎn)”.在相同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)9種單細(xì)胞機(jī)體，包括7種細(xì)菌菌株、酵母菌和一種微藻類在CuO、TiO2、兩種不同的銀納米顆粒(Ag NPs)、多壁碳納米管、AgNO3、CuSO4、3，5-二氯苯酚、三氯生等納米材料中進(jìn)行試驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明測(cè)試的化學(xué)物質(zhì)在9種單細(xì)胞機(jī)體中具有相似的毒性模式，因此不論當(dāng)生物體是細(xì)菌、酵母菌還是水藻的時(shí)候，殺死生物的化學(xué)物質(zhì)的毒性效應(yīng)是相同的.這說明納米材料對(duì)不同物種的毒性機(jī)制相同，毒性效應(yīng)并不因生物物種的不同而有所差異.

細(xì)胞的氧化應(yīng)激以及炎癥反應(yīng)是兩種主要的解釋納米材料毒性的機(jī)制[5].最新研究結(jié)果表明，自噬也是納米材料產(chǎn)生毒性的重要方面.并且，自噬與氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)可能存在一定的聯(lián)系.下面，我們將先對(duì)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)這兩種毒性機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)述，然后著重對(duì)自噬這種潛在的機(jī)制進(jìn)行闡述.

2.1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是迄今為止最為普遍接受的一種納米材料致毒機(jī)制[6].氧化應(yīng)激產(chǎn)生的原因是體內(nèi)活性氧(ROS)的產(chǎn)生與抗氧化作用失衡，氧化應(yīng)激導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的炎性浸潤(rùn)和蛋白酶分泌水平的增加，從而在細(xì)胞內(nèi)蓄積大量氧化中間產(chǎn)物.把小鼠暴露在各種納米材料(比如 CNT[7-8]、TiO2NP[9]和鐵的氧化物[10])，一些氧化應(yīng)激反應(yīng)在支氣管肺泡灌洗液(BALF)和小鼠肺中被檢測(cè)到.這包括肺中血紅素加氧酶1(HO-1)的表達(dá)，其中HO-1是氧化損傷的標(biāo)志物；脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的存在，如4-羥基壬烯醛或8 -異前列腺素以及在BALF中谷胱甘肽的消耗.這些體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與體外實(shí)驗(yàn)相吻合[11-12].生物體在暴露于納米材料后，氧化劑的生成對(duì)于產(chǎn)生毒性響應(yīng)非常重要這一事實(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證了納米材料的氧化應(yīng)激毒性機(jī)制.

圖1 納米顆粒進(jìn)入生態(tài)環(huán)境及其侵染生物體的方式.紅點(diǎn)為納米材料，藍(lán)點(diǎn)為水，環(huán)境過程分別用數(shù)字標(biāo)注. 1:納米材料在大氣-地表間交換；2:納米材料在大氣中輸運(yùn)；3:納米材料在土壤中遷移擴(kuò)散/滲透；4:納米材料在土壤中發(fā)生轉(zhuǎn)化；5:納米材料被陸生生物所吸收富集；6:納米材料在地下水中遷移/轉(zhuǎn)化；7:納米材料在地表徑流；8:納米材料在水體與土壤間發(fā)生交換；9:納米材料在水中分散與懸??；10:納米材料在水中團(tuán)聚與沉淀；11:納米材料在水體中發(fā)生轉(zhuǎn)化；12:水生生物吸收富集納米材料；13:納米材料引起人體暴露.Fig.1 The way of nanoparticles released into the ecological environment and infecting organism.The red dots and blue dots in the graph represent nanomaterials and water respectively.The different numbermeans different environmental process.1，The exchange between the atmosphere and surface；2，Atmospheric transport；3，Diffusion migration/penetration in soil；4，Conversion in the soil；5，Terrestrial organisms absorb and accumulate；6，The underground watermigration/transformation；7，Overland flow；8，The exchange between the water and soil；9，The water dispersion and suspension；10，Agglomeration and precipitation in water；11，Transformation in water；12，Aquatic organisms absorb and accumulate；13，Human exposure.

納米材料能夠通過不同的機(jī)制產(chǎn)生ROS.一方面，活潑的金屬與其釋放的組分可以產(chǎn)生屬于ROS的自由基.一個(gè)典型的代表就是氧化鐵，當(dāng)H2O2與Fe2O3接觸時(shí)可以發(fā)生三步特征反應(yīng)[13].

第一步發(fā)生Fenton反應(yīng)，是H2O2與從Fe2O3釋放的Fe2+間的反應(yīng)；

另一方面，對(duì)于本身不能誘導(dǎo)自由基產(chǎn)生的惰性納米材料來說，可以通過與細(xì)胞線粒體作用，增加細(xì)胞線粒體產(chǎn)生ROS[14]，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生損傷.但是富勒烯衍生物具有清除自由基、保護(hù)細(xì)胞和器官免受ROS損傷的抗氧化作用[15-16].

在研究中發(fā)現(xiàn)，過量的ROS會(huì)使細(xì)胞內(nèi)外發(fā)生一系列的變化，通過影響細(xì)胞膜、線粒體等細(xì)胞器及DNA對(duì)細(xì)胞造成損害，從而危害整個(gè)生物體.如圖2，過量的ROS導(dǎo)致膜蛋白失活、氧化蛋白、破壞蛋白質(zhì)、破壞細(xì)胞膜、抑制呼吸鏈、破壞線粒體、破壞DNA.

圖2 過量的ROS對(duì)細(xì)胞的破壞[17].Fig.2 The damage to the cell of the excessive ROS.

2.2 炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)是納米材料毒性機(jī)制的另一方面，炎癥反應(yīng)是指免疫系統(tǒng)被損傷因子激活并且能夠清除引起炎癥的損傷因子，如病原體微生物等.鼠體內(nèi)細(xì)胞對(duì)納米材料的炎癥反應(yīng)研究結(jié)果表明，剛剛侵染時(shí)中性白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞會(huì)明顯增加[18]，在侵染幾周之后，盡管組織浸潤(rùn)會(huì)減少，但是炎癥反應(yīng)在一個(gè)月之后仍然存在[19-20].同時(shí)炎性細(xì)胞因子也會(huì)產(chǎn)生，如IL1β、IL6、MCP1、MIP2、TNF-α[19，21-22].在進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)至少巨噬細(xì)胞[23]、纖維細(xì)胞[24]、上皮細(xì)胞[25]、間皮細(xì)胞[26]能產(chǎn)生抵抗納米材料的炎性細(xì)胞因子.馬力等[27]用非暴露式氣管滴注法探究納米四氧化三鐵、納米二氧化硅以及單壁碳納米管對(duì)大鼠肺的毒性效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種納米材料組肺泡灌洗液中IL-6濃度升高，納米二氧化硅和單壁碳納米管組中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平升高.并且病理結(jié)果顯示，納米材料造成大鼠肺間質(zhì)性炎癥，大鼠肺組織可見不同程度的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，肺泡結(jié)構(gòu)受到破壞并發(fā)生纖維組織增生，形成小結(jié)節(jié).Shvedova等[8]研究表明，在使用單壁碳納米管時(shí)，小鼠肺纖維化產(chǎn)生，肺功能降低，出現(xiàn)急性炎癥反應(yīng).

此外，納米材料引起炎癥反應(yīng)與其對(duì)Th1/Th2免疫反應(yīng)類型的調(diào)節(jié)相關(guān).Th細(xì)胞引發(fā)的炎癥反應(yīng)能刺激T細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子.Th1/Th2型免疫反應(yīng)的產(chǎn)生受到納米材料尺寸的影響，即較大的顆粒(＞1μm)傾向于導(dǎo)致Th1型免疫反應(yīng)，而較小的顆粒(＜500nm)則更容易導(dǎo)致Th2型免疫反應(yīng)[28].

2.3 自噬

自噬是一種常見的抵御和應(yīng)急調(diào)控機(jī)制.細(xì)胞通過自噬作用可以消除、降解和消化已經(jīng)受損、變性、衰老或失去功能的細(xì)胞、細(xì)胞器、以及變性蛋白質(zhì)與核酸等生物大分子，從而為細(xì)胞的修復(fù)、重建和再生提供原料，是再循環(huán)和再利用的重要途徑.自噬在幫助細(xì)胞抵御病原體的侵入的同時(shí)也能保衛(wèi)細(xì)胞免受細(xì)胞內(nèi)物的損傷.免疫反應(yīng)[29]、炎癥反應(yīng)[30]、細(xì)胞凋亡[31]等都與自噬有關(guān).因此，一般來說，凋亡是程序化細(xì)胞死亡，自噬是程序化細(xì)胞存活.在大多數(shù)細(xì)胞中，以一定的頻率發(fā)生的自噬通過消除錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)及損傷的細(xì)胞器來維持正常的細(xì)胞穩(wěn)態(tài).然而在某些條件下這個(gè)過程可以被誘發(fā)，這些條件主要包括代謝壓力(氨基酸或生長(zhǎng)因子缺乏)、低氧、網(wǎng)狀組織的壓力.同樣地，自噬在多種不同的疾病中也起著重要作用，例如癌癥、神經(jīng)變性疾病、炎癥、肺部疾病[30-32].

總體而言，自噬是旨在維持細(xì)胞體內(nèi)平衡的一個(gè)非常保守的生理過程，它的變化(即異常激活或缺乏活動(dòng))與多種疾病有關(guān)，并可能與炎癥或氧化應(yīng)激之間產(chǎn)生相互作用.圖3表示了自噬與氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)兩種機(jī)制之間可能存在的聯(lián)系.而目前氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是解釋納米材料毒性的兩種主要機(jī)制，因此自噬作為納米材料毒性的一種潛在機(jī)制引起了研究人員的廣泛關(guān)注，下面我們將對(duì)它進(jìn)行闡述.

圖3 自噬與氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)之間可能存在的聯(lián)系[5]Fig.3 Hypothetic relationship between the autophagy and the biological responses to nanomaterial

2.3.1 納米材料自噬擾動(dòng)的證據(jù)

許多實(shí)驗(yàn)通過自噬體標(biāo)記物(LC3-II，Atg5等)或透射電鏡(TEM)觀察發(fā)現(xiàn)，為了抵抗納米材料入侵，自噬小體的數(shù)目在增加，比如在金屬氧化物納米顆粒[33-34]、石墨烯[35]、銀納米線[36]均可以觀察到(表1).這些數(shù)據(jù)表明，納米材料能改變自噬通路，導(dǎo)致自噬小體的積累.一些研究也表明，在這些效應(yīng)中，蛋白激酶/mTOR的通路可能會(huì)產(chǎn)生影響，Roy和同事就發(fā)現(xiàn)將小鼠暴露于ZnO納米顆粒時(shí)，通過抑制蛋白激酶/mTOR的通路使得小鼠腹腔巨噬細(xì)胞自噬小體的形成增強(qiáng)[37].

表1 納米材料誘導(dǎo)的自噬擾動(dòng)的例證:主要集中在自噬小體的形成[5]Table1 A summary of nanomaterial-induced autophagy dysfunction in the literature:focus on autophagosomes formation.

表2進(jìn)一步表明了納米材料(例如金屬氧化物納米顆粒[41-42]、樹狀聚合物納米材料[43]和碳納米管[44-45])由于自噬通量堵塞可能導(dǎo)致自噬小體數(shù)量的增加.事實(shí)上，Orecna和同事們[45]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)HUVEC細(xì)胞暴露于多壁碳納米管羧酸鹽時(shí)，LC3-Ⅱ蛋白和p62蛋白質(zhì)表達(dá)增加，而Bafilomycin A1沒有進(jìn)一步增強(qiáng).在這種情況下，自噬小體的積累可以歸因于自噬通量的堵塞；LC3水平增加，卻沒有自噬小體形成(無p62蛋白質(zhì)退化)證實(shí)了自噬小體的積累.有趣的是，Sun和同事們[46]的研究卻發(fā)現(xiàn)當(dāng)將肺上皮細(xì)胞A549暴露于CuO納米顆粒時(shí)，隨著自噬小體的形成，自噬通量反而增加.

表2 納米材料誘導(dǎo)的自噬擾動(dòng)的例證:主要集中在自噬通量的改變[5]Table2 A summary of nanomaterial-induced autophagy dysfunction in the literature:focus onmodifications of autophagic flux

2.3.2 納米材料自噬擾動(dòng)機(jī)制

納米材料誘導(dǎo)的自噬擾動(dòng)機(jī)制現(xiàn)在尚不十分明確，但是自噬-溶酶體融合的損害或溶酶體功能的缺陷可能是一種潛在的機(jī)制.

如上所述，細(xì)胞骨架是一個(gè)能支持細(xì)胞形狀的細(xì)胞支架，在控制自噬調(diào)節(jié)中具有非常重要的作用.事實(shí)上，一些研究揭示了微管網(wǎng)絡(luò)的重要性，同時(shí)也說明了在自噬與溶酶體形成和融合過程中肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重要性.在小鼠的肝臟細(xì)胞中，藥劑比如諾考達(dá)唑、長(zhǎng)春花堿或細(xì)胞松弛素B、D對(duì)微管和肌動(dòng)蛋白微絲的破壞致使自噬小體積累，反映出自噬通量受到抑制.最近研究發(fā)現(xiàn)，自噬小體一旦形成，就會(huì)沿著微管移動(dòng)，集中在微管組織中心(MTOC)附近的細(xì)胞核區(qū)域，這個(gè)區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了大量的溶酶體在等待與自噬小體融合.此外，在基礎(chǔ)自噬而不是在由饑餓誘導(dǎo)自噬中去乙?；?6通過肌動(dòng)蛋白改造機(jī)制來控制自噬小體與溶酶體的融合.

納米材料在經(jīng)過細(xì)胞膜后，可以與細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)(特別是肌動(dòng)蛋白和微管蛋白)相互作用并影響其功能，同時(shí)可能導(dǎo)致自噬過程的損傷.例如，在體外可以觀察到由金納米顆粒引起的微管蛋白聚合物的損傷[48].而且富勒烯納米顆粒和TiO2納米顆粒可能通過納米顆粒與微管蛋白異質(zhì)二聚體之間的氫鍵來抑制微管蛋白聚合.除此之外，有研究發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管能通過疏水作用與肌動(dòng)蛋白結(jié)合，這種疏水作用能夠?qū)е录?dòng)蛋白結(jié)構(gòu)的改變[49].金納米顆粒對(duì)人體真皮成纖維細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白應(yīng)激纖維產(chǎn)生劑量依賴性效應(yīng)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞毒性[50].

由于溶酶體參與到自噬過程的最后一步反應(yīng)，溶酶體功能的紊亂也能導(dǎo)致納米材料誘導(dǎo)的自噬擾動(dòng)機(jī)制.事實(shí)上，一些納米材料被公認(rèn)為與溶酶體功能紊亂有關(guān).例如，直徑小于8 nm的多壁碳納米管能誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞3T3溶酶體膜不穩(wěn)定(LMD)，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)溶酶體內(nèi)容物釋放，這一過程與ROS產(chǎn)物增加有關(guān)[51].然而，當(dāng)在直徑更大的多壁碳納米管或是不同種類的納米顆粒(例如TiO2和SiO2)以及在其他的細(xì)胞系(如包含端粒酶的人支氣管上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞RAW264.7)時(shí)，卻不能或僅能觀察到較小的溶酶體損傷.

由上可知，細(xì)胞骨架的破壞以及溶酶體功能的缺陷可能是納米材料誘導(dǎo)的自噬擾動(dòng)機(jī)制.

3 納米材料毒性的影響因素

納米材料毒性與其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，這些性質(zhì)包括尺寸、形狀、表面修飾和其他的因素，例如化學(xué)成分、電子結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)種類與含量、生物降解性能以及是否形成“蛋白冠”等[14]，如圖4所示.

圖4 納米材料毒性的影響因素Fig.4 The influencing factors of nanomaterials toxicity.

3.1 尺寸

大多數(shù)的研究表明，納米材料的毒性與其尺寸成反比.一方面，隨著納米材料尺寸的減小，其比表面積增加，使其有更多的機(jī)會(huì)接觸到細(xì)胞或機(jī)體.為了研究銀納米顆粒對(duì)小鼠的毒性、生物分布以及炎癥反應(yīng)，Park等人[52]給小鼠口服不同粒徑大小的銀納米顆粒，包括較小的22、42、71 nm以及較大的323 nm銀納米顆粒.進(jìn)行了連續(xù)14天的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有粒徑較小的納米顆粒(22、42、71 nm)能夠被小腸吸收進(jìn)入血液循環(huán)，這些進(jìn)入血液循環(huán)的納米顆粒主要分布到腦、肺、肝、腎等臟器.與小顆粒容易被吸收不同，較大的顆粒(323 nm)則不能進(jìn)入血液循環(huán).進(jìn)入血液循環(huán)并分布到全身的銀納米顆粒引起血清炎性因子水平的上調(diào)，并導(dǎo)致肝、腎組織的病理損傷[14].Choi等[53]的研究表明，在紫外光照下不同尺寸的TiO2納米顆粒均能產(chǎn)生活性氧自由基，但是小尺寸的納米顆粒對(duì)硝化細(xì)菌的毒性更顯著.推測(cè)的機(jī)理為小顆粒具有巨大的比表面積，更容易使其表面活性位點(diǎn)與細(xì)菌接觸[54].

一般認(rèn)為納米材料的尺寸越小，其導(dǎo)致的ROS越多[14].活潑的金屬與其釋放的組分可以產(chǎn)生屬于ROS的自由基，尺寸減小ROS增多，從而使得活潑金屬等能產(chǎn)生ROS的物質(zhì)毒性增強(qiáng).Park等人[55]為了研究不同粒徑的銀納米顆粒對(duì)人巨噬細(xì)胞系U937的促炎癥以及毒性效應(yīng)，選取了4、20、70 nm三種銀納米顆粒，發(fā)現(xiàn)4 nm的顆粒引起的氧化應(yīng)激水平最高，并促使炎性因子IL-8分泌.

3.2 形狀

已經(jīng)合成的納米材料具有豐富多樣的形狀，如球狀、桿狀、纖維狀、扁平狀等.研究表明形狀與納米材料的毒性有關(guān).細(xì)胞主要通過胞吞作用攝入納米顆粒.胞吞作用是指通過細(xì)胞質(zhì)膜的變形運(yùn)動(dòng)將細(xì)胞外的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi).納米顆粒的形狀會(huì)影響其與細(xì)胞膜的相互作用，從而對(duì)細(xì)胞膜的變形運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)不同形狀納米顆粒的吸收產(chǎn)生差異. Champion等人[56]發(fā)現(xiàn)球狀細(xì)胞比桿狀和纖維狀更易被細(xì)胞攝入胞吞.隆異娟等[57]用發(fā)光細(xì)菌發(fā)光抑制法檢測(cè)了量子點(diǎn)、多臂納米棒以及米粒狀納米棒的毒性，并通過紫外照射實(shí)驗(yàn)和Vc的影響實(shí)驗(yàn)的研究，發(fā)現(xiàn)米粒狀納米棒和量子點(diǎn)屬于低毒性的范圍，而多臂狀納米棒毒性較大，證實(shí)了納米材料的毒性與其形狀密切相關(guān).Chithrani等人[58]報(bào)道細(xì)胞對(duì)于金納米棒的吸收速率比球狀金納米顆粒大.Qiu等人[59]研究了乳腺癌細(xì)胞MCF-7對(duì)不同形狀的金納米顆粒的攝取，結(jié)果與Chithrani等的結(jié)果相反.Qiu等認(rèn)為隨著金納米顆粒長(zhǎng)徑比的增加，金納米顆粒的細(xì)胞攝取降低.

3.3 表面修飾

表面修飾是通過物理、化學(xué)方法調(diào)控納米顆粒表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，改善其粒度、流動(dòng)性、電氣特性等物性，賦予其新的機(jī)能.表面修飾可以改變納米顆粒的表面狀態(tài)，調(diào)控其表面活性，保護(hù)納米顆粒，提高分散性，改善其與分散介質(zhì)間的相容性，并為自組裝奠定基礎(chǔ).Derfus等[60]和He等[61]提出適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎検墙档图{米毒性的重要途徑.Petri-Fink等[62]證明聚乙烯醇(PVA)包覆能顯著降低與氧化鐵納米顆粒的毒性.Brown等[63]指出可以通過表面修飾來減小納米顆粒對(duì)細(xì)胞的吸附性，達(dá)到降低細(xì)胞毒性的目的.當(dāng)然，并非所有表面修飾都必然降低納米毒性.例如，Magrez等[64]發(fā)現(xiàn)在碳納米顆粒表面修飾羰基、羥基和羧基等含氧基團(tuán)會(huì)引起碳納米顆粒毒性增加.這可能與表面修飾引起碳納米顆粒分散性提高有關(guān).

3.4 其他因素

其他的因素例如化學(xué)成分、電子結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)種類與含量、生物降解性能以及是否形成“蛋白冠”等對(duì)納米毒性機(jī)制也產(chǎn)生重要影響[14].相對(duì)于尺寸和形狀，化學(xué)組成對(duì)于細(xì)胞的影響是更本質(zhì)的.Yen等人[65]對(duì)比金納米顆粒和銀納米顆粒的細(xì)胞毒性和促炎癥效應(yīng)，證明金、銀納米顆粒均能夠被J774 A1巨噬細(xì)胞攝取，對(duì)細(xì)胞具有顯著毒性效應(yīng)，但是只有金納米顆粒能夠增加巨噬細(xì)胞促炎性因子IL-1、IL-6和TNF -α的表達(dá).金屬納米顆粒特殊的電子結(jié)構(gòu)使其具有特殊的光學(xué)性質(zhì)，從而在光照條件下產(chǎn)生不同的生態(tài)系統(tǒng)光致毒性效應(yīng)[66，67].在納米材料制備的過程中，可能會(huì)引入金屬雜質(zhì).而這些雜質(zhì)可能會(huì)影響細(xì)胞毒性.谷胱甘肽是一種有效的抗氧化劑，能保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激帶來的傷害.Liu等[68]發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管中的雜質(zhì)氧化鎳引起細(xì)胞毒性，機(jī)理是調(diào)節(jié)了谷胱甘肽的氧化還原特性.對(duì)于可以降解的納米材料必須要考慮到其降解后的成分對(duì)細(xì)胞的影響.Zhai等人[69]研究了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HUVEC對(duì)介孔二氧化硅納米顆粒的降解作用，發(fā)現(xiàn)介孔二氧化硅納米顆粒能被細(xì)胞降解并排出細(xì)胞外，引起胞外硅含量上升.納米材料進(jìn)入血液后會(huì)與血清蛋白質(zhì)結(jié)合形成“蛋白冠”，Ge等人[70]研究發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管吸附血漿蛋白質(zhì)形成“蛋白冠”之后，能夠顯著降低其細(xì)胞毒性.

4 展望

納米科學(xué)作為21世紀(jì)新興科學(xué)，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，納米材料的開發(fā)與應(yīng)用是一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè).納米材料在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，在信息、能源、生物、航天等高科技領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)影響.納米技術(shù)及納米產(chǎn)品將運(yùn)用到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?因此，關(guān)于納米材料毒性的問題會(huì)一直受到人們的關(guān)注，盡管已經(jīng)做了大量的研究，但目前仍然有許多問題亟待解決.主要有以下幾個(gè)方面.

關(guān)于納米材料毒性機(jī)制尚未完全清楚.由于目前的研究大多數(shù)在個(gè)體及細(xì)胞水平，分子水平開展的相對(duì)較少，因此，對(duì)于納米材料毒性機(jī)制缺乏分子水平的認(rèn)識(shí)，要明確了解納米材料毒性機(jī)制，分子水平的研究是必不可少的，今后的研究主要應(yīng)在分子水平上開展.

納米材料毒性檢測(cè)缺乏統(tǒng)一的方法.盡管關(guān)于納米材料毒性的研究已經(jīng)發(fā)表了一些重要的報(bào)告，但是評(píng)估納米材料毒性仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的方法.尤其缺乏在相同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的毒理學(xué)評(píng)估，從而使得產(chǎn)生的結(jié)果有較大的差異甚至?xí)a(chǎn)生相反的結(jié)果.因此，需要建立標(biāo)準(zhǔn)的方法來檢查納米材料對(duì)人類健康和環(huán)境的影響.

[1]NOGUEIRA DR，MITJANSM，ROLIM CMB，et al.Mechanisms underlying cytotoxicity induced by engineered nanomaterials:a review of in vitro studies[J].Nanomaterials，2014，4(2):454-484.

[2]DJURISIC AB，LEUNG YH，NG AMC，et al.Toxicity ofmetal oxide nanoparticles:mechanisms，characterization，and avoiding experimental artefacts[J].Small，2015，11(1):26-44.

[3]林道輝，冀靜，田小利，等.納米材料的環(huán)境行為與生物毒性[J].科學(xué)通報(bào)，2009，54(23):3590-3604.

[4]SANDRA KK，IVASK A，NNIS BERES KK，et al.A novel method for comparison of biocidal properties ofnanomaterials to bacteria，yeasts and algae[J].JHazard Mater，2015，286:75-84.

[5]COHIGNAC V，LANDRY MJ，BOCZKOWSKI J，et al.Autophagy as a possible underlyingmechanism of nanomaterial toxicity[J].Nanomaterials，2014，4(3):548-582.

[6]AYRES JG，BORM P，CASSEE FR，et al.Evaluating the toxicity of airborne particulatematter and nanoparticles bymeasuring oxidative stress potential-aworkshop reportand consensus statement[J].Inhal Toxicol，2008，20(1):75-99.

[7]LI JG，LIWX，XU JY，et al.Comparative study of pathological lesions induced bymultiwalled carbon nanotubes in lungs ofmice by intratracheal instillation and inhalation[J].Environ Toxicol，2007，22(4):415 -421.

[8]SHVEDOVA AA，KISIN ER，MERCER R，et al.Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice[J].Am JPhysiol Lung Cell Mol Physiol，2005，289(5):L698 -L708.

[9]NOEL A，MAGHNIK，CLOUTIER Y，et al.Effects of inhaled nano-TiO2aerosols showing two distinctagglomeration states on rat lungs[J]. Toxicol Lett，2012，214(2):109-119.

[10]PARK EJ，KIM H，KIM Y，et al.Inflammatory responsesmay be induced by a single intratracheal instillation of iron nanoparticles in mice [J].Toxicology，2010，275(1-3):65-71.

[11]DE ANGELIS I，BARONE F，ZIJNO A，et al.Comparative study of ZnO and TiO2nanoparticles:physicochemical characterisation and toxicological effects on human colon carcinoma cells[J].Nanotoxicology，2013，7(8):1361-1372.

[12]FOLDBJERG R，DANG DA，AUTRUPH.Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in the human lung cancer cell line，A549[J]. Arch Toxicol，2011，85(7):743-750.

[13]CHANG X，YANG ST，XING GM.Molecular toxicity of nanomaterials [J].JBiomed Nanotechnol，2014，10(10):2828-2851.

[14]徐鶯鶯，林曉影，陳春英.影響納米材料毒性的關(guān)鍵因素[J].科學(xué)通報(bào)，2013，58(24):2466-2478.

[15]LAO F，CHEN L，LIW，et al.Fullerene nanoparticles selectively enter oxidation-damaged cerebral microvessel endothelial cells and inhibit JNK-related apoptosis[J].ACSNano，2009，3(11):3358-3368.

[16]LAO F，LIW，HAN D，et al.Fullerene derivatives protect endothelial cells against NO-induced damage[J].Nanotechnology，2009，20 (22).

[17]UL ISLAM M，SHEHZAD A，KHAN S，et al.Antimicrobial and biocompatible properties of nanomaterials[J].J Nanosci Nanotechnol，2014，14(1):780-791.

[18]BROWN DM，KANASE N，GAISER B，et al.Inflammation and gene expression in the rat lung after instillation of silica nanoparticles:effect of size，dispersionmedium and particle surface charge[J].Toxicol Lett，2014，224(1):147-156.

[19]DIYP，TKACH AV，YANAMALA N，et al.Dual acute proinflammatory and antifibrotic pulmonary effects of short palate，lung，and nasal epithelium clone-1 after exposure to carbon nanotubes[J].Am JResp Cell Mol Biol，2013，49(5):759-767.

[20]TABET L，BUSSY C，SETYAN A，etal.Coating carbon nanotubeswith a polystyrene-based polymer protects against pulmonary toxicity[J]. Part Fibre Toxicol，2011，8:1412-1419.

[21]BAISCH BL，CORSONNM，WADEMERCERP，etal.Equivalent titanium dioxide nanoparticle deposition by intratracheal instillation and whole body inhalation:the effect of dose rate on acute respiratory tract inflammation[J].Part Fibre Toxicol，2014，11:1780-1788.

[22]BLUM JL，ROSENBLUM LK，GRUNIG G，et al.Short-term inhalation of cadmium oxide nanoparticlesalters pulmonary dynamicsassociated with lung injury，inflammation，and repair in amousemodel[J].Inhal Toxicol，2014，26(1):48-58.

[23]LEE JK，SAYERS BC，CHUN KS，et al.Multi-walled carbon nanotubes induce COX-2 and iNOS expression via MAP Kinase-dependentand-independentmechanisms inmouse RAW264.7 macrophages [J].Part Fibre Toxicol，2012，9(14):1603-1607.

[24]ARMAND L，DAGOUASSAT M，BELADE E，et al.Titanium dioxide nanoparticles induce matrix metalloprotease 1 in human pulmonary fibroblasts partly via an interleukin-1 beta-dependentmechanism[J]. Am JResp Cell Mol Biol，2013，48(3):354-363.

[25]ABBOTTCHALEW TE，SCHWAB KJ.Toxicity of commercially available engineered nanoparticles to Caco-2 and SW480 human intestinalepithelial cells[J].Cell Biol Toxicol，2013，29(2):101-116.

[26]MURPHY FA，SCHINWALD A，POLAND CA，et al.The mechanism of pleural inflammation by long carbon nanotubes:interaction of long fibreswithmacrophages stimulates them to amplify pro-inflammatory responses in mesothelial cells[J].Part Fibre Toxicol，2012，9:1583-1590.

[27]馬力，襲著革，張英鴿，等.三種典型納米材料非暴露式氣管滴注染毒對(duì)大鼠肺的毒性效應(yīng)[J].環(huán)境與健康雜志，2008，25(10):847 -849.

[28]VAN ZIJVERDEN M，GRANUM B.Adjuvant activity of particulate pollutants in different mouse models[J].Toxicology，2000，152(1-3):69-77.

[29]KUBALLA P，NOLTE WM，CASTORENO AB，et al.Autophagy and the immune system[J].Ann Rev Immunol，2012，30:611-646.

[30]LEVINE B，MIZUSHIMA N，VIRGIN HW.Autophagy in immunity and inflammation[J].Nature，2011，469(7330):323-335.

[31]HUSSAIN S，AL-NSOUR F，RICE AB，et al.Cerium dioxide nanoparticles induce apoptosis and autophagy in human peripheral bloodmonocytes[J].ACSNano，2012，6(7):5820-5829.

[32]RYTER SW，NAKAHIRA K，HASPEL JA，etal.Autophagy in pulmonary diseases[J].Ann Rev Physiol，2012，74:377-401.

[33]LEE YH，CHENG FY，CHIU HW，et al.Cytotoxicity，oxidative stress，apoptosis and the autophagic effectsof silver nanoparticles inmouse embryonic fibroblasts[J].Biomaterials，2014，35(16):4706-4715.

[34]PARK EJ，UMH HN，KIM SW，etal.ERK pathway isactivated in bare -FeNPs-induced autophagy[J].Arch Toxicol，2014，88(2):323-336.

[35]CHEN GY，YANG HJ，LU CH，et al.Simultaneous induction of autophagy and toll-like receptor signaling pathways by graphene oxide [J].Biomaterials，2012，33(27):6559-6569.

[36]VERMA NK，CONROY J，LYONS PE，et al.Autophagy induction by silver nanowires:A new aspect in the biocompatibility assessment of nanocomposite thin films[J].Toxicol Appl Pharm，2012，264(3):451 -461.

[37]ROY R，SINGH SK，CHAUHAN KS，et al.Zinc oxide nanoparticles induce apoptosis by enhancement of autophagy via PI3K/Akt/mTOR inhibition[J].Toxicol Lett，2014，227(1):29-40.

[38]NOWAK JS，MEHN D，NATIVO P，et al.Silica nanoparticle uptake induces survivalmechanism in A549 cells by the activation of autophagy but notapoptosis[J].Toxicol Lett，2014，224(1):84-92.

[39]YAMAWAKIH，IWAIN.Cytotoxicity of water-soluble fullerene in vascular endothelial cells[J].Am J Physiol Cell Physiol，2006，290 (6):C1495-C1502.

[40]EIDI H，JOUBERT O，NEMOS C，et al.Drug delivery by polymeric nanoparticles induces autophagy in macrophages[J].Int J Pharm，2012，422(1-2):495-503.

[41]MA X，WU Y，JIN S，et al.Gold nanoparticles induce autophagosome accumulation through size-dependent nanoparticle uptake and lysosome impairment[J].ACSNano，2011，5(11):8629-8639.

[42]KHAN MI，MOHAMMAD A，PATIL G，et al.Induction of ROS，mitochondrial damage and autophagy in lung epithelial cancer cells by iron oxide nanoparticles[J].Biomaterials，2012，33(5):1477-1488.

[43]LIC，LIU H，SUN Y，et al.PAMAM nanoparticles promote acute lung injury by inducing autophagic cell death through the Akt-TSC2-mTOR signaling pathway[J].JMol Cell Biol，2009，1(1):37-45.

[44]WAN B，WANG ZX，LV QY，et al.Single-walled carbon nanotubes and graphene oxides induce autophagosome accumulation and lysosome impairment in primarily cultured murine peritoneal macrophages[J]. Toxicol Lett，2013，221(2):118-127.

[45]ORECNA M，DE PAOLISH，JANOUSKOVA O，et al.Toxicity of carboxylated carbon nanotubes in endothelial cells is attenuated by stimulation of the autophagic fluxwith the releaseofnanomaterial in autophagic vesicles[J].Nanomed Nanotechnol Biol Med，2014，10(5):939-948.

[46]SUN T，YAN Y，ZHAO Y，etal.Copper oxide nanoparticles induce autophagic cell death in A549 cells[J].PLoSOne，2012，7(8):1182-1197.

[47]TSUKAHARA T，MATSUDA Y，USUIY，et al.Highly purified，multi -wall carbon nanotubes induce light-chain 3B expression in human lung cells[J].Biochem Biophys Res Commun，2013，440(2):348-353.

[48]CHOUDHURY D，XAVIER PL，CHAUDHARIK，et al.Unprecedented inhibition of tubulin polymerization directed by gold nanoparticles inducing cell cycle arrest and apoptosis[J].Nanoscale，2013，5(10): 4476-4489.

[49]SHAMS H，HOLT BD，MAHBOOBI SH，et al.Actin reorganization through dynamic interactions with single-wall carbon nanotubes[J]. ACSNano，2014，8(1):188-197.

[50]PERNODET N，F(xiàn)ANG XH，SUN Y，et al.Adverse effects of citrate/ gold nanoparticles on human dermal fibroblasts[J].Small，2006，2(6): 766-773.

[51]SOHAEBUDDIN SK，THEVENOT PT，BAKER D，et al.Nanomaterial cytotoxicity is composition，size，and cell type dependent[J].Part Fibre Toxicol，2010，7:1130-1135.

[52]PARK EJ，BAE E，YIJ，et al.Repeated-dose toxicity and inflammatory responses inmice by oraladministration of silver nanoparticles[J]. Environ Toxicol Pharm，2010，30(2):162-168.

[53]CHOIO，HU ZQ.Role of reactive oxygen species in determining nitrification inhibition by metallic/oxide nanoparticles[J].J Environ Eng A，2009，135(12):1365-1370.

[54]李陽，牛軍峰，張馳，等.水中金屬納米顆粒對(duì)細(xì)菌的光致毒性機(jī)理[J].化學(xué)技術(shù)，2014，2(3):436-449.

[55]PARK J，LIM DH，LIM HJ，et al.Size dependentmacrophage responses and toxicological effects of Ag nanoparticles[J].Chem Commun，2011，47(15):4382-4384.

[56]CHAMPION JA，MITRAGOTRIS.Role of target geometry in phagocytosis[J].Proc Natl Acad Sci USA，2006，103(13):4930-4934.

[57]隆異娟，高梅，梁立平，等.發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)不同形狀CdS納米材料毒性[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(5):116-121.

[58]CHITHRANIBD，GHAZANIAA，CHANWCW，Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake intomammalian cells [J].Nano Lett，2006，6(4):662-668.

[59]QIU Y，LIU Y，WANG L，etal.Surface chemistry and aspect ratiomediated cellular uptake of Au nanorods[J].Biomaterials，2010，31(30): 7606-7619.

[60]DERFUSAM，CHANWCW，BHATIA SN.Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots[J].Nano Lett，2004，4(1):11-18.

[61]HE X，MA J，MERCADO AE，etal.Cytotoxicity of Paclitaxel in biodegradable self-assembled core-shell poly(lactide-co-glycolide ethylene oxide fumarate)nanoparticles[J].Pharm Res，2008，25(7): 1552-1562.

[62]PETRI-FINK A，STEITZ B，F(xiàn)INKA A，et al.Effect of cellmedia on polymer coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles(SPIONs): colloidal stability，cytotoxicity，and cellular uptake studies[J].Eur J Pharm Biopharm，2008，68(1):129-137.

[63]BROWN SC，KAMAL M，NASREEN N，et al.Influence of shape，adhesion and simulated lung mechanics on amorphous silica nanoparticle toxicity[J].Adv Powder Technol，2007，18(1):69-79.

[64]MAGREZ A，KASAS S，SALICIO V，et al.Cellular toxicity of carbon -based nanomaterials[J].Nano Lett，2006，6(6):1121-1125.

[65]YEN HJ，HSU SH，TSAICL.Cytotoxicity and immunological response of gold and silver nanoparticles of different sizes[J].Small，2009，5 (13):1553-1561.

[66]VAN AERLE R，LANGE A，MOORHOUSE A，et al.Molecularmechanisms of toxicity of silver nanoparticles in zebrafish embryos[J].Environ Sci Technol，2013，47(14):8005-8014.

[67]CUNNINGHAM S，BRENNAN-FOURNET ME，LEDWITH D，et al.Effectof nanoparticle stabilization and physicochemical propertieson exposure outcome:acute toxicity of silver nanoparticle preparations in zebrafish(Danio rerio)[J].Environ Sci Technol，2013，47(8):3883-3892.

[68]LIU X，GUREL V，MORRISD，et al.Bioavailability of nickel in single -wall carbon nanotubes[J].Adv Mater，2007，19(19):2790-2796.

[69]ZHAIW，HE C，WU L，et al.Degradation of hollow mesoporous silica nanoparticles in human umbilical vein endothelial cells[J].JBiomed Mater Res B，2012，100B(5):1397-1403.

[70]GE C，DU J，ZHAO L，et al.Binding of blood proteins to carbon nanotubes reduces cytotoxicity[J].Proc Natl Acad Sci USA，2011，108 (41):16968-16973.

(責(zé)任編輯:李建忠，付強(qiáng)，張陽，羅敏；英文編輯:周序林，鄭玉才)

Toxicity m echanism of nanom aterials and influencing factors

HE Xiang-wei，SUIYang，ZHANG Xue-ying，LIM an，HE Tu-bao

(School of Biological Science and Technology，Beijing Forestry University，Beijing100083，P.R.C.)

Nanomaterials have been applied widely to industry，agriculture and daily life，because of their unique physicochemical properties.During the production and use of such materials，nanomaterials can be released into the environment by atmospheric circulation，water cycle and biological circulation and then infect organisms and affect the human health.Therefore，people are payingmore attention to the toxicity of nanomaterials and the toxicity mechanism of nanomaterials and the influencing factors are the hot topics in the research of nanomaterial toxicity.Inflammation and oxidative stress are currently the twomain mechanisms described to explain theobserved toxicity.Moreover，autophagy could representan interesting candidate and a growing amount of literature suggests that a link between nanomaterial toxicity and autophagy impairment could exist.Meanwhile，physicochemical properties of nanomaterials such as size，shape，surface-modification have an important effect on the toxicity.This review first summarizes the way of nanoparticles being released into the ecological environment and infecting organisms then generalizes themain toxicitymechanism of nanomaterials，and analyses the influencing factors to provide data for the study of nanomaterial toxicity.

nanomaterial；oxidative stress；inflammation；autophagy；physicochemical property

R994.6；TB383

A

2095-4271(2015)03-0316-10

10.11920/xnmdzk.2015.03.010

2015-03-23

何湘?zhèn)?1984-)，男，漢族，湖南邵陽人，講師，博士，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)生物學(xué).Email:hexiangwei＠bjfu.edu.cn.

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(BLX2013027)和北京林業(yè)大學(xué)“北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(S201410022041)