通过Pink1调控维持线粒体稳态，可减轻镍纳米颗粒对小鼠精细胞GC-2细胞的生殖损伤

《Environment International》：Mitochondrial homeostasis via Pink1 control alleviates nickel nanoparticle-induced reproductive damage in mouse spermatocyte GC-2 cells

镍纳米颗粒（Ni NPs）通过激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，导致GC-2精子细胞线粒体功能障碍、ROS积累和ATP耗竭，引发细胞凋亡。药理学抑制自噬（环孢素A）或基因敲低PINK1均可缓解Ni NPs毒性，证实线粒体自噬失调是Ni NPs诱导精子细胞损伤的关键机制。

　　镍纳米颗粒（Ni NPs）作为一类新兴的工程纳米材料，在环境能源、电子和生物医学等多个领域得到了广泛应用。随着其应用范围的扩大，Ni NPs 对生物体，尤其是生殖系统的潜在毒性也逐渐引起关注。本研究聚焦于 Ni NPs 引起的生殖毒性，特别是其对精子细胞的影响，并探索了 PINK1/Parkin 介导的线粒体自噬（mitophagy）在这一过程中的作用。通过在体外模型中进行实验，研究发现 Ni NPs 可显著影响线粒体功能，引发氧化应激，进而导致细胞凋亡和线粒体损伤。进一步的实验表明，通过药物干预或基因敲低技术，可以部分逆转这些不良影响，提示 PINK1/Parkin 信号通路在 Ni NPs 毒性中具有关键作用。

Ni NPs 的毒性作用主要体现在其对线粒体的破坏上。线粒体作为细胞能量代谢的核心，其功能的维持对细胞的正常运作至关重要。在本研究中，使用 GC-2 精子细胞模型，研究人员观察到 Ni NPs 可显著降低细胞存活率，同时引起线粒体膜电位（MMP）的下降，以及活性氧（ROS）的积累和 ATP 合成的减少。这些结果表明，Ni NPs 可能通过干扰线粒体的正常功能，进而引发一系列细胞损伤。值得注意的是，ROS 的增加不仅直接损害细胞结构，还可能通过激活线粒体自噬过程，进一步加剧细胞凋亡。这种自噬反应在某些情况下可能具有保护作用，但在 Ni NPs 的作用下，其可能转变为一种有害机制，导致细胞功能受损。

PINK1 和 Parkin 是线粒体自噬的重要调控因子，它们在细胞应激状态下被激活，以清除受损的线粒体。研究发现，Ni NPs 可显著上调 PINK1 和 Parkin 的表达，促进线粒体自噬的激活。同时，自噬相关蛋白如 LC3BII 和 P62 的表达也显著增加，而 LC3BI 的表达则有所下降，这些变化进一步支持了线粒体自噬的激活。此外，BAX 和 Caspase-3、Caspase-9 等凋亡相关蛋白的表达同样显著升高，表明 Ni NPs 诱导的线粒体自噬可能通过促进凋亡信号通路，最终导致细胞死亡。因此，Ni NPs 通过过度激活线粒体自噬，可能成为生殖毒性的重要机制之一。

为了进一步验证线粒体自噬在 Ni NPs 毒性中的作用，研究采用了多种干预手段。首先，使用环孢素 A（CsA）作为线粒体自噬的抑制剂，发现 CsA 可部分恢复线粒体功能，减少细胞凋亡和整体细胞毒性。其次，通过构建 PINK1 基因敲低模型，研究人员发现 PINK1 的缺失能够显著降低线粒体自噬水平，从而缓解 Ni NPs 引起的细胞损伤。这些结果表明，PINK1/Parkin 介导的线粒体自噬在 Ni NPs 诱导的精子细胞凋亡中扮演了关键角色。

此外，研究还发现，Ni NPs 的毒性不仅局限于线粒体功能的破坏，还可能通过影响细胞内的氧化应激水平，间接导致其他细胞损伤。例如，通过检测 ROS 的荧光信号，研究人员观察到 Ni NPs 暴露后细胞内 ROS 水平显著上升，而 CsA 或 PINK1 敲低则能够有效降低这种氧化应激。同时，线粒体膜电位的检测结果显示，Ni NPs 暴露后细胞的线粒体功能受到严重干扰，而通过干预线粒体自噬，可以部分恢复线粒体的稳定性。这些发现进一步支持了线粒体自噬在 Ni NPs 毒性中的核心地位。

在研究过程中，研究人员还关注了 Ni NPs 的理化特性对毒性作用的影响。通过动态光散射（DLS）技术，他们发现 Ni NPs 在生理盐水中会发生不同程度的聚集，这种聚集行为可能影响其在细胞内的分布和作用机制。研究中使用的 Ni NPs 具有近 90 nm 的平均粒径，但其在体外实验中表现出明显的聚集倾向，特别是在较高浓度下。这种聚集现象可能与细胞膜的相互作用、电荷状态以及环境因素有关，也提示在评估纳米颗粒的毒性时，需要综合考虑其在生物体内可能呈现的形态变化。

值得注意的是，本研究中的实验浓度虽然高于典型的环境或职业暴露水平，但有助于深入探讨 Ni NPs 引起的线粒体自噬和细胞凋亡的分子机制。实际暴露中，Ni NPs 的浓度可能较低，但长期或反复接触仍可能导致局部组织的累积效应，从而引发类似体外实验中的细胞损伤。因此，尽管本研究主要基于体外模型，其结果仍对理解 Ni NPs 在实际环境中的毒性具有重要意义。

在讨论部分，研究者指出，尽管线粒体自噬在某些情况下具有保护作用，但在 Ni NPs 的刺激下，其可能转变为一种有害机制。这种转变与线粒体功能的过度破坏有关，可能通过消耗细胞能量储备，导致细胞凋亡。此外，研究还提到，PINK1/Parkin 通路在调节线粒体自噬中具有关键作用，其异常激活可能成为 Ni NPs 诱导生殖毒性的重要驱动力。因此，针对这一通路的干预可能为缓解 Ni NPs 对生殖系统的损害提供新的治疗策略。

研究还强调了 Ni NPs 在实际应用中的广泛性，包括其在催化、导电材料、电池电极和医疗涂层中的使用。这些应用使得 Ni NPs 的环境和职业暴露风险不断增加，尤其是在工业和生物医学领域。因此，深入研究其毒性机制，对于制定有效的防护措施和安全评估标准具有重要意义。同时，研究者也指出，未来的研究应进一步探讨 Ni NPs 在体内可能引发的炎症反应，如 NLRP3 炎症小体的激活，这可能与线粒体损伤和 ROS 的积累密切相关。

综上所述，本研究揭示了 Ni NPs 通过引发线粒体自噬，进而导致精子细胞凋亡的机制。通过药物干预和基因调控，研究人员验证了线粒体自噬在这一过程中的关键作用，并指出 PINK1/Parkin 通路可能成为未来治疗 Ni NPs 毒性的潜在靶点。这些发现不仅有助于理解纳米颗粒对生殖系统的潜在危害，也为相关领域的安全管理和健康防护提供了科学依据。