稀土氧化物纳米颗粒肺毒性机制新解：肺泡巨噬细胞磷酸稳态失衡的关键作用

为探究稀土氧化物纳米颗粒（REO NPs）的肺毒性机制，研究人员评估 16 种 REO NPs 对小鼠肺泡巨噬细胞（MH-S）的细胞毒性。结果显示，REO NPs 细胞毒性与吸附磷酸盐、改变 pH 能力相关，且会破坏磷酸稳态致肺损伤，该研究为评估 REO NPs 健康风险提供依据。

　　在当今科技飞速发展的时代，稀土元素（REE）凭借其独特的性能，在电子、新能源、医疗等众多领域大放异彩，被形象地誉为 “工业维生素” 。随着稀土产业的蓬勃发展以及纳米技术的不断进步，稀土氧化物纳米颗粒（REO NPs）的产量与日俱增。然而，这一繁荣的背后却隐藏着潜在的危机。REO NPs 在生产、使用过程中不可避免地会释放到环境中，人类和生态系统都面临着暴露风险。已有研究发现，长期吸入 REO NPs 可能导致肺部疾病，如肺纤维化，在医疗领域使用的某些含稀土的造影剂也与严重的健康问题相关，如肾源性系统性纤维化。但目前，REO NPs 的毒理学特性仍迷雾重重，其导致毒性的具体机制更是知之甚少。

为了揭开这层神秘的面纱，探索 REO NPs 的毒理学机制，青岛大学的研究人员开展了一系列深入研究。他们的研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》杂志上，为我们理解 REO NPs 的危害提供了关键线索。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，通过培养小鼠肺泡巨噬细胞（MH-S），使用 CCK-8 法检测细胞毒性；利用荧光标记技术观察纳米颗粒的细胞内定位；借助特定的荧光试剂和显微镜技术测定溶酶体 pH 以及细胞内磷酸盐含量。动物实验上，选用 C57BL/6J 小鼠构建亚慢性肺损伤模型，通过气管滴注 REO NPs 进行暴露处理；运用 Micro-CT 扫描观察肺部结构变化；采用肺功能检测系统测定小鼠肺功能；利用苏木精 - 伊红（HE）染色、Masson 染色和免疫荧光染色评估肺部炎症、胶原沉积和相关蛋白表达情况；还通过 RNA 提取和实时定量 PCR（qPCR）分析相关基因表达。

研究结果主要如下：

• REO NPs 的表征：高分辨率透射电镜（TEM）图像显示，REO NPs 呈现近球形或不规则形态。在 pH = 7.4 的水环境中，多数 REO NPs 会聚集，其流体动力学直径在 288.9nm 至 882.5nm 之间，部分如 Ho₂O₃、Tb₄O₇等形成的聚集体直径超过 1000nm。这些纳米颗粒的 ζ 电位在 - 57.43mV 至 53.44mV 之间，多数带正电荷。
• 细胞毒性及相关因素分析：CCK-8 实验结果以热图形式呈现，清晰地展示出 16 种 REO NPs 对 MH-S 细胞活力的影响差异显著。像 Gd₂O₃、Y₂O₃等表现出较高细胞毒性，在 50μg/mL 浓度下，细胞活力低于 50%；而 Yb₂O₃、Sc₂O₃、CeO₂等在相同浓度下细胞毒性则不明显。相关性分析发现，细胞活力与 REO NPs 的流体动力学直径、ζ 电位以及细胞外释放的 RE 离子均无关联，但与 REO NPs 吸附磷酸盐的能力和改变溶液 pH 的能力呈显著负相关。多因素线性回归（MLR）进一步证实，这两个因素对 REO NPs 的细胞毒性有着重要影响。
• REO NPs 对溶酶体磷酸稳态的破坏：研究人员选取不同反应活性的 REO NPs 进行研究，发现与磷酸反应活性较高的 Sm₂O₃和 La₂O₃会降低 Lysosensor Green 的荧光强度，表明溶酶体受到破坏，同时细胞内磷酸盐水平呈剂量依赖性下降，且 La₂O₃还会下调编码磷酸盐外排转运体的 Xpr1 基因表达。使用膦甲酸（PFA）造成细胞磷酸盐饥饿后，多数与磷酸反应活性高的 REO NPs 细胞毒性增强，而反应活性低的则变化不明显。预先用磷酸处理 La₂O₃，不仅能有效消除其细胞毒性，还能逆转细胞内磷酸盐水平的下降和溶酶体的碱化现象。
• REO NPs 对肺功能的影响：研究人员建立小鼠亚慢性肺损伤模型，选取 CeO₂和 La₂O₃代表不同反应活性的 REO NPs 进行研究。实验结果显示，暴露于 La₂O₃的小鼠体重在实验初期出现下降趋势，肺部炎症细胞增多，肺功能指标如最大吸气容量（IC）、用力呼气量（FEV_0.05、FEV_0.075）和用力肺活量（FVC）显著降低，表明出现限制性通气功能障碍。而预先用磷酸处理 La₂O₃（La₂O₃-LaPO₄）的小鼠，上述异常变化得到明显改善。CeO₂组小鼠也出现了 FVC 和 FEV_0.05下降，但程度较 La₂O₃组轻。
• REO NPs 对肺部炎症和胶原沉积的影响：Micro-CT 成像、HE 染色和 Masson 染色结果表明，La₂O₃组小鼠肺部出现明显的炎症和早期纤维化改变，如 Micro-CT 图像中可见模糊斑块，HE 染色显示炎症细胞浸润、肺泡上皮增生、肺泡结构破坏等，Masson 染色显示胶原沉积增加。相比之下，CeO₂组和 La₂O₃-LaPO₄组肺部损伤较轻。免疫荧光染色检测 IL-1β 表达也证实，La₂O₃组肺部炎症反应更强烈。

研究结论和讨论部分指出，该研究系统地揭示了 REO NPs 的细胞毒性差异及其导致肺损伤的机制，即 REO NPs 可破坏肺泡巨噬细胞内溶酶体的磷酸稳态。与其他因素相比，REO NPs 与磷酸的反应活性对其细胞毒性影响更大。体内实验进一步验证，反应活性高的 REO NPs 会引发限制性通气功能障碍、肺部炎症和纤维化样改变，而磷酸预处理能够减轻这些损伤。这一研究成果为理解 REO NPs 的毒理学机制提供了新视角，也为评估其潜在健康风险提供了重要依据。然而，目前仍有诸多问题有待进一步研究，如 REO NPs 在不同人群中的暴露特征、长期毒理学效应以及是否会引发其他与巨噬细胞炎症相关的呼吸道疾病等。未来的研究需要聚焦这些问题，从而为制定更有效的环境和职业健康安全标准奠定基础 。