碳纳米管长期暴露通过系统性炎症加速小鼠多器官衰老的机制研究

【编辑推荐】中国科学院团队针对碳纳米管(CNTs)长期暴露的促衰老效应展开研究，通过3个月鼻腔滴注暴露模型(5 mg/kg/天)，首次发现CNTs可诱发小鼠系统性衰老，表现为p16INK4a /p21Cip1/Waf 基因上调、β-半乳糖苷酶活性增强及多器官纤维化。该研究为环境污染物促衰老机制提供了直接实验证据，对纳米材料职业暴露风险评估具有警示意义。

　　

随着纳米技术的快速发展，碳纳米管(CNTs)因其优异的导电性和机械强度被广泛应用于电子、能源和生物医学领域。然而这种直径仅50纳米、长度不足2微米的纤维状材料，在职业暴露场景下可能通过呼吸道进入人体。令人担忧的是，已有研究发现CNTs的物理特性与石棉相似，可能引发肺部纤维化，但其对系统性衰老的影响仍是未解之谜。

中国科学院研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表的研究首次揭示：长期接触CNTs会加速哺乳动物全身衰老进程。这一发现为环境污染物与衰老的关联提供了关键实验证据。研究人员采用多壁碳纳米管(MWCNTs)小鼠鼻腔滴注模型，通过衰老标志物检测、组织病理分析和行为学评估等综合手段，系统阐释了CNTs诱发多器官衰老的分子机制。

关键技术方法包括：建立3个月慢性暴露模型(5 mg/kg/天剂量)；检测血液炎症因子谱和白细胞变化；定量多器官组织衰老标志基因(p16^INK4a
、p21^Cip1/Waf
)表达；评估衰老相关β-半乳糖苷酶活性；组织纤维化病理评分。

【长期暴露导致衰老表型】
暴露组小鼠出现典型衰老特征：体重显著下降、活动能力减弱、毛发失去光泽。转棒实验显示运动耐力降低42%，暗示神经系统功能衰退。这些表型与人类衰老过程中的虚弱综合征高度相似。

【系统性炎症反应】
血液检测显示促炎因子IL-6、TNF-α水平升高3-5倍，伴随中性粒细胞/淋巴细胞比例失衡。氧化应激指标8-OHdG（DNA氧化损伤标志物）显著增加，印证了污染物诱导的基因组不稳定性。

【多器官衰老标志】
在肺、肝、肾等器官中，衰老相关基因p16^INK4a
表达上调2.8-4.3倍，p21^Cip1/Waf
升高1.9-3.6倍。衰老细胞特征性酶SA-β-gal活性增强，与组织纤维化程度呈正相关。透射电镜观察到线粒体嵴断裂等超微结构损伤。

【分子机制解析】
RNA测序揭示NF-κB和MAPK信号通路激活，驱动衰老相关分泌表型(SASP)因子表达。这解释了为何局部肺部暴露能引发全身效应——炎症因子通过循环系统扩散，形成"炎症-衰老"恶性循环。

该研究开创性地证实：CNTs作为环境污染物可通过呼吸道暴露途径加速全身衰老。其机制涉及氧化应激-慢性炎症-细胞衰老的级联反应，最终导致多器官功能衰退。这一发现不仅填补了纳米材料长期毒性评价的空白，更警示需要重新审视职业暴露限值标准。特别值得注意的是，研究中采用的暴露剂量(5 mg/kg/天)接近现实生产环境中的累积暴露水平，使研究结果具有直接的公共卫生意义。未来研究可进一步探索抗氧化干预是否能够缓解CNTs的促衰老效应，为职业防护提供新思路。