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我国学者在纳米环境暴露与毒理研究方面取得重要进展
2019年07月18日    作者: 庄乾坤 王春霞 汪美贞 陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(批准号:91543206, 81672615, 815022829, 31622026, 31700879, 11425520)等资助下,国家纳米科学中心陈春英课题组和中国科学技术大学朱涛课题组合作在纳米环境暴露与毒理研究方面取得重要进展,发现了碳纳米管呼吸暴露后的延迟毒性对肺部以外的远端器官或组织的肿瘤发生发展的影响,从而导致原位乳腺肿瘤的多发性转移。该成果以“Long-term pulmonary exposure to multi-walled carbon nanotubes promotes breast cancer metastatic cascades”(多壁碳纳米管肺部长期暴露促进乳腺肿瘤的级联性转移)为题,于2019年6月24日发表在Nature Nanotechnology (《自然·纳米材料》),论文链接: https://www.nature.com /articles/s41565-019-0472-4。

碳纳米管(CNT)是重要的一维纳米材料,由于其良好的力学、电学和化学性能,可用作超强纤维、隐身材料、大功率超级电容器、传感器等,被称为“明星材料”。除了生产工作场所中CNT的环境释放,在巴黎、美国等地(尤其是911事件现场)的空气样本中均检测到CNT,2015年报道显示巴黎地区64位患有哮喘病儿童的肺灌洗液样本中检测到CNT,大气中碳纳米管的暴露对人类健康的潜在影响成为广泛关注的现实问题。迄今为止,CNT呼吸暴露多局限于肺部或心血管系统效应,缺乏对全身系统影响和长期健康效应的研究。

本研究发现,沉积于小鼠肺部的CNT引起的局部微环境改变可显著增强乳腺肿瘤细胞侵入临近血管和周边组织的能力,并促进肿瘤组织内血管生成,从而导致乳腺肿瘤细胞向肺部的转移,形成快速生长的转移灶,甚至进一步在体内形成多器官转移。CNT肺部长期蓄积,刺激肺成纤维细胞和巨噬细胞分泌的VEGFA经血液循环到达乳腺肿瘤,一方面直接促进肿瘤血管生成,另一方面上调肿瘤细胞内源性VEGFA与COX-2的表达,从而启动VEGFA-COX-2的正反馈通路,使乳腺组织内血管生成持续增强,为肿瘤细胞的转移提供更加“丰富的营养”和“肥沃的土壤”。与之相呼应,CNT暴露形成的肺局部炎症和纤维化也为促进肿瘤细胞定向转移到肺及进一步侵袭生长提供了转移前的肺部微环境与转移后的肿瘤微环境。此项研究首次证实了肺部CNT长期暴露对远端部位的乳腺肿瘤转移有明显的促进作用,长期存在的肺部局部炎症可能是乳腺癌发展的主要风险。

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图1 多壁碳纳米管在肺部的长期沉积可促进原位乳腺肿瘤血管生成的分子机制  

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