银纳米颗粒和非必需金属在小鼠巨噬细胞中的细胞毒性作用

《Regulatory Toxicology and Pharmacology》：Cytotoxic effects of silver nanoparticles and non-essential metals in murine macrophages

银纳米颗粒与铅汞协同毒性效应研究显示，复合暴露显著降低巨噬细胞存活率并诱发DNA损伤和氧化应激，揭示纳米材料与重金属的协同毒性机制。

　　银纳米颗粒（AgNPs）因其独特的物理化学特性，广泛应用于人类社会的各个领域。它们不仅具有显著的抗菌性能，还展现出特殊的等离子体特性，这使得AgNPs在产品制造、医疗设备、化妆品、纺织品、玩具以及食品包装材料中得到了广泛应用。然而，随着AgNPs在环境中的释放和扩散，其与其它环境污染物如铅（Pb2?）和汞（Hg2?）的协同作用成为了一个亟待研究的问题。本研究旨在探讨AgNPs与Pb2?和Hg2?在不同浓度下的共暴露对小鼠巨噬细胞RAW 264.7的细胞毒性和毒理学相互作用。

银纳米颗粒的广泛应用使其成为环境中常见的新兴污染物。它们可能通过制造、运输、使用和废弃等生命周期的不同阶段进入环境。AgNPs在大气、土壤和水体中的存在已被广泛检测，表明其对生态系统和人类健康构成了潜在威胁。尽管AgNPs的浓度在不同环境矩阵中存在差异，但它们的动态特性以及与环境成分的相互作用使得准确的检测和量化变得困难。此外，AgNPs的生物累积性也引发了对长期暴露风险的关注。由于人类通常会接触到多种污染物的混合物，而不是单一物质，因此研究AgNPs与其他污染物的协同作用对于全面评估其健康风险至关重要。

铅（Pb2?）和汞（Hg2?）作为常见的环境污染物，对生态系统和人类健康均具有显著影响。铅主要来源于电池、焊料和汽油添加剂等工业活动，而汞则广泛存在于采矿和工业过程中。这两种金属在环境中的浓度因地区而异，某些区域甚至显示出较高的污染水平。例如，泰晤士河口的沉积物中检测到汞的浓度范围为0.01–12.07 mg/kg，而鱼类肌肉中的汞浓度则为0.05–2.22 mg/kg。在墨西哥沿海湖泊中，铅的浓度可达123.9 μg/g，而在孟加拉国铅酸电池回收设施附近，土壤中的铅浓度高达966 mg/kg，水稻籽粒和稻草中的铅浓度也相应较高。这些数据表明，铅和汞在环境中的普遍存在，使得它们与AgNPs的共暴露成为一种可能的现实情况。

银纳米颗粒能够通过皮肤渗透、肺部吸收和肠道跨细胞途径进入人体。由于内吞作用是AgNPs进入细胞的主要机制，而铅和汞均具有免疫毒性特性，因此巨噬细胞可能成为这些污染物相互作用的关键靶点。巨噬细胞在人体肺部和肝脏中广泛存在，它们在宿主防御机制中发挥着重要作用。这些细胞能够通过吞噬作用、产生活性氧和氮物种以及引发炎症反应等机制调节污染物的毒性效应。因此，研究AgNPs与铅和汞的共暴露对巨噬细胞的影响，有助于理解这些污染物在生物体内的潜在相互作用及其对健康的影响。

本研究通过使用RAW 264.7小鼠巨噬细胞模型，评估了AgNPs与Pb2?和Hg2?在不同浓度下的共暴露对细胞毒性的影响。研究结果表明，AgNPs与铅和汞的共暴露会导致细胞粘附性下降、细胞活力降低、MTT代谢减少、吞噬活性减弱、活性氧（ROS）和一氧化氮（NO）水平的变化，以及DNA修复焦点的增加。这些发现强调了AgNPs与重金属的协同作用可能增强其毒性效应，从而对免疫系统造成潜在威胁。

研究中使用的AgNPs通过激光烧蚀法合成，银金属板在超纯水中进行烧蚀，生成的AgNPs具有球形结构，直径在1至4纳米之间，平均粒径为1.5 ± 1.0纳米。其等离子体峰位于400纳米，表明AgNPs具有良好的光学特性。在水中的AgNPs表现出稳定的分散性（Zeta电位为-26.4 mV），但在培养基中由于离子相互作用和有机冠层的形成，Zeta电位有所降低（-7.45 mV）。这一变化可能影响AgNPs在细胞内的行为和毒性表现。

研究还发现，AgNPs与铅和汞的共暴露对细胞活力的影响主要体现在较高浓度的污染物及其混合物上。这种影响通常伴随着活性氧和一氧化氮水平的升高，以及DNA损伤的增加。然而，研究并未观察到ROS水平的显著变化，这表明AgNPs与重金属的相互作用可能主要通过其他途径影响细胞功能。此外，共暴露还增强了某些毒性效应，如ROS和NO水平的增加，以及DNA损伤的加剧，这表明AgNPs可能通过某种机制放大了重金属的毒性作用。

铅和汞的免疫毒性特性可能使其在与AgNPs共暴露时，通过不同的途径影响巨噬细胞的功能。例如，铅可能通过干扰细胞代谢和信号传导通路，影响巨噬细胞的吞噬活性和炎症反应。而汞则可能通过影响DNA结构和修复机制，增加DNA损伤的风险。AgNPs可能通过促进这些金属的内吞作用，从而增加其在细胞内的浓度，进而增强其毒性效应。这种“特洛伊木马”机制可能使得AgNPs成为重金属进入生物体的载体，从而增加其对健康的影响。

研究还探讨了AgNPs与重金属共暴露对细胞代谢、活性氧和氮物种产生、DNA损伤以及细胞死亡的影响。这些参数的变化不仅反映了细胞的应激反应，还可能揭示了污染物之间的相互作用机制。例如，AgNPs与重金属的共暴露可能导致细胞内的氧化应激反应增强，从而影响细胞的正常功能。此外，DNA损伤的增加可能表明污染物对遗传物质的破坏作用，这可能对细胞的增殖和分化产生负面影响。

研究结果表明，AgNPs与铅和汞的共暴露对巨噬细胞的毒理学效应具有一定的增强作用。这种增强作用可能与污染物之间的协同作用有关，也可能与AgNPs对重金属在细胞内的分布和代谢的影响有关。因此，进一步研究这些污染物之间的相互作用机制，对于评估其在环境和生物系统中的潜在健康风险至关重要。

本研究的结果也强调了在评估纳米材料的环境和健康影响时，必须考虑其与其它污染物的相互作用。由于人类暴露通常涉及多种污染物的混合，因此单独评估纳米材料的毒性可能不足以全面理解其对健康的潜在影响。因此，未来的研究应更加关注污染物之间的协同作用，以更准确地评估其对生物体的影响。

此外，本研究还指出了当前在AgNPs检测和量化方面存在的挑战。由于AgNPs的动态特性和与环境成分的相互作用，其在不同环境矩阵中的浓度可能被低估。因此，开发标准化的检测方法对于准确评估AgNPs的环境和健康影响具有重要意义。同时，进一步的研究还应关注AgNPs在不同环境条件下的行为变化，以及其与重金属的相互作用机制。

综上所述，AgNPs与铅和汞的共暴露可能对巨噬细胞的功能产生显著影响，进而对免疫系统造成潜在威胁。这种影响不仅与污染物的浓度有关，还可能受到多种因素的调控，如污染物的相互作用方式、细胞内的代谢途径以及环境条件的变化。因此，深入研究这些污染物之间的相互作用机制，对于全面评估其健康风险和制定相应的防护措施具有重要意义。未来的研究应更加关注污染物之间的协同作用，以更准确地理解其对生物体的影响，并为环境保护和公共卫生政策提供科学依据。