综述：纳米毒性揭秘：评估纳米颗粒对人体健康的暴露风险与影响

这篇综述系统阐述了纳米材料独特的理化特性（如尺寸、表面化学）与毒性机制（ROS生成、线粒体损伤），重点探讨了其通过呼吸道、皮肤和消化道等暴露途径引发的氧化应激（OS）、炎症反应及DNA损伤，并评述了当前体外（in vitro）、体内（in vivo）和计算模型（in silico）的评估策略，为纳米材料的生物安全应用提供关键见解。

　　

纳米毒性揭秘：评估暴露风险与健康影响

摘要

纳米材料凭借其独特的理化性质（如高比表面积、可调控表面电荷）在医疗、能源和消费品领域广泛应用，但其微小尺寸（1-100 nm）也带来潜在生物毒性。研究表明，纳米颗粒（NPs）可通过呼吸道、皮肤和消化道进入人体，诱发氧化应激（ROS）、线粒体功能障碍和炎症级联反应，进而导致DNA损伤、细胞凋亡甚至器官功能障碍。

关键毒性机制

1. 氧化应激与线粒体损伤
NPs的小尺寸和高表面活性促进ROS生成，如超氧阴离子（O₂
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）和羟基自由基（HO·）。以ZnO NPs为例，其释放的Zn²⁺
离子可破坏线粒体膜电位，激活caspase依赖性凋亡通路。研究显示，5 nm TiO₂
NPs在肝细胞中抑制谷胱甘肽（GSH）合成，导致抗氧化防御系统崩溃。

2. 炎症与免疫反应
碳纳米管和聚苯乙烯纳米颗粒（PS-NPs）通过TLR4/NOX2通路激活巨噬细胞，释放TNF-α和IL-6等促炎因子。在斑马鱼模型中，PS-NPs暴露引发Th1/Th2免疫失衡，导致心肌炎症损伤。

3. 跨屏障渗透与器官靶向
NPs可突破血脑屏障（BBB）和血睾屏障，通过受体介导的转胞作用进入中枢神经系统。Ag NPs在嗅球中积累，诱发神经元线粒体聚集和内质网应激；而金纳米棒（AuNRs）则干扰睾丸支持细胞的糖代谢，影响精子发生。

毒性评估模型

• 体外模型：采用MTT、LDH和彗星试验（Comet assay）评估细胞活力和基因毒性。
• 体内模型：斑马鱼（Danio rerio）和黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）因其遗传保守性成为高效筛选工具。例如，Fe-TA NPs在果蝇中引发幼虫爬行障碍和成虫攀爬能力下降。
• 计算毒理学：机器学习模型通过分析NPs的ζ电位、疏水性等参数预测毒性，但需标准化数据集支持。

典型纳米材料毒性案例

• 金属氧化物：TiO₂
  NPs（25 nm）比80 nm颗粒更易引起肝损伤（AST/ALT升高）；ZnO NPs通过ROS导致肾小管上皮细胞凋亡。
• 量子点：CdSe量子点抑制免疫反应，且低浓度即可触发线粒体凋亡通路。
• 纳米塑料：环境中的PS-NPs形成蛋白冠（protein corona），增强其穿透胎盘的能力，干扰胚胎发育基因表达。

未来挑战与AI整合

当前缺乏全球统一的NPs监管框架，FDA和EMA的指南仍侧重个案评估。人工智能（AI）可通过分析多组学数据（如代谢组学）优化NPs设计——例如预测表面修饰（如PEG化）对毒性降低的效果。

结语

纳米材料的“双刃剑”特性要求跨学科协作，平衡其应用效益与生物风险。建立标准化的纳米毒性数据库和智能评估平台，将是实现安全纳米技术的关键突破。