李瑞宾团队发现纳米片引发铁死亡的新机制

铁死亡是近年来新发现的一种铁依赖的,区别于细胞凋亡、坏死、焦亡、自噬死亡的程序性死亡机制。研究表明铁死亡与神经退行性疾病(如帕金森病、中风等)及肿瘤等疾病密切相关。铁死亡的主要生物学特征是二价铁或酯氧合酶催化不饱和脂肪酸发生脂质过氧化,同时伴随着谷胱甘肽抗氧化系统核心调控酶GPX4的降低。目前,铁死亡的机制主要包括GPX4失活,铁离子输入,铁离子还原。细胞铁死亡诱发剂的发现具有重要的药理和毒理学价值。目前除了一些铁剂及小分子化合物,纳米尺度的铁死亡诱发剂研究非常有限,并存在两个重要的科学问题:第一,纳米颗粒引发铁死亡的构效关系不明确;第二,纳米颗粒引发铁死亡的生物学机制未知。

近日,苏州大学李瑞宾教授团队发现了纳米片表面空穴引发铁死亡的新机制,相关成果以“Vacancies on 2D Transition Metal dichalcogenides Elicit Ferroptotic Cell Death”为题于近日在线发表在Nature Communications 杂志上。

在最新研究进展中,李瑞宾教授团队发现WS2和MoS2纳米片可以引发正常肺上皮细胞(BEAS-2B)和肺巨噬细胞(THP-1)的铁死亡。研究团队通过透射电镜观测细胞内纳米片、共聚焦观测二价铁胞内分布,铁受体敲除,GPX4免疫印迹,脂质过氧化染色,胞吞、活性氧、二价铁抑制剂实验,系统探索了纳米片引发铁死亡的作用机制。发现二维纳米片可以通过胞吞进入细胞溶酶体,引发溶酶体膜损伤、二价铁泄露,催化脂质过氧化,GPX4下调,细胞铁死亡(图1)

 
图1 二维纳米片引发细胞铁死亡的机制  

 

研究构建了20种纳米片的材料库,系统考察了纳米片理化性质与生物学效应的关系,发现纳米片的空穴密度与细胞铁死亡呈高度正相关性。进一步,通过口咽滴注的方式,研究团队将原始(WS2和MoS2)及经过安全性修饰(ss-WS2和me-MoS2)的纳米片暴露于小鼠肺组织(图2),在小鼠体内进一步验证了体外铁死亡的机制。该研究对二维纳米材料在生物医学、电子器械、辐射防护等领域应用中可能的人体暴露危害提出了警示,也为铁死亡诱发剂的发现及生物医学应用提供了新思路。

图2 高分辨电镜观测纳米片表面空穴

苏州大学医学部放射医学与防护学院徐术娟博士为本论文第一作者。放射医学与辐射防护国家重点实验室李瑞宾教授为本论文的通讯作者。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17300-7

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