CuO纳米片作为纳米农药通过TNF-α/NF-κB通路诱导急性肾毒性的机制研究

《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》：Evaluation of acute nephrotoxicity induced by CuO nanosheet as a nanopesticide through TNF-α and NF-kB up-regulation

本研究针对纳米农药在农业应用中的生物安全性问题，系统评估了新型CuO纳米片（CuONS）的肾毒性效应。研究人员通过水热法合成CuONS，并综合运用X射线衍射、高分辨透射电镜等技术进行纳米表征，通过大鼠模型发现CuONS可导致肾功能指标（BUN、Cr、UA）显著升高，诱导氧化应激（MDA↑、SOD/CAT↓），激活炎症通路（TNF-α/NF-κB↑）和凋亡信号（Bax/Bcl2失衡）。组织病理学检查显示肾小球变性和肾小管空泡化，超微结构观察证实基底膜增厚等病变。该研究为纳米农药的安全性评价提供了重要实验依据，提示需谨慎评估CuONS的农业应用风险。

　　

随着纳米技术在农业领域的广泛应用，纳米农药因其独特的性能优势备受关注。其中，氧化铜纳米材料（CuONPs）因其优异的杀虫效果和植物保护功能，成为最具应用潜力的纳米农药之一。然而，这些纳米颗粒在环境中的归趋及其对非靶标生物（特别是哺乳动物）的毒性效应尚未明确。尤其令人担忧的是，纳米颗粒易在肾脏等器官中聚集，其毒性效应与颗粒尺寸、形态及暴露时间密切相关。尽管已有研究报道球形CuONPs的肾毒性，但具有片状结构的CuO纳米片（CuONS）作为纳米农药的生物安全性仍属未知。

为解决这一知识空白，由Mohamed Y. Zaky领衔的研究团队在《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》上发表了创新性研究，系统评估了CuONS作为纳米农药可能诱导的肾毒性及其分子机制。研究人员采用水热合成法制备CuONS，通过多尺度表征技术（X射线衍射、高分辨透射电镜、动态光散射等）确认其理化特性，并建立大鼠暴露模型（50 mg/kg/天，持续30天），综合运用生化分析、组织病理学、免疫组化和超微结构观察等方法，深入探讨了CuONS的肾毒性效应。

研究团队主要采用以下关键技术方法：首先通过水热法合成CuONS并进行系统表征；其次建立Wistar大鼠暴露模型，设对照组和CuONS处理组；最后通过血清生化检测肾功能指标（BUN、Cr、UA），ELISA法测定氧化应激指标（MDA、SOD、CAT）和凋亡相关蛋白（Bax/Bcl2），并结合H&E染色、免疫组化（检测TNF-α、NF-κB、p53表达）和透射电镜技术进行多维度评估。

表征分析结果

X射线衍射显示CuONS为单斜晶系，尺寸为45.2 nm。高分辨透射电镜观测到实际尺寸为64 nm的片状结构，动态光散射显示其水合粒径为334±40.77 nm，zeta电位为-38.0±5.10 mV，多分散指数为0.560，表明颗粒在溶液中具有较好的稳定性。

生化效应

CuONS暴露导致肾功能指标显著异常：血清肌酐（0.34±0.01 mg/dL）、尿素氮（27±0.5 mg/dL）和尿酸（2.9±0.1 mg/dL）水平均显著升高。氧化应激指标显示，丙二醛（MDA）水平升至75.2±7.31 nmol/100 mg，而超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性分别降至5.87±0.3 U/g和87.02±5.7 U/g。同时，促凋亡蛋白Bax表达上调（120.05±6.5），而抗凋亡蛋白Bcl2水平下降（99.3±1.8），表明凋亡通路被激活。

组织病理学改变

肾脏组织切片显示，CuONS处理组出现肾小球变性和近曲小管、远曲小管上皮细胞空泡化等病理改变。

免疫组化分析

CuONS处理组肾脏中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、核因子κB（NF-κB）和p53蛋白表达均显著增强，表明炎症和肿瘤抑制通路被激活。

超微结构观察

透射电镜显示，CuONS处理组肾小球足细胞核膜不规则，足突部分消失，基底膜中度增厚；近曲小管细胞内出现电子致密线粒体、溶酶体和空泡等超微结构改变。

本研究首次系统阐明了CuONS作为纳米农药可能诱导的肾毒性机制：通过诱发氧化应激，激活NF-κB炎症通路和p53介导的凋亡途径，导致肾功能障碍和组织结构损伤。这些发现为纳米农药的安全性评价提供了重要科学依据，提示在农业应用中需谨慎评估CuONS的潜在风险。尽管CuONS展现出作为纳米农药的应用前景，但其对非靶标生物的毒性效应不容忽视。未来研究需进一步探讨不同暴露剂量和时间下的毒性阈值，并比较CuONS与其他纳米农药的毒性差异，为纳米农药的合理设计和安全应用提供理论支撑。