SQSTM1/p62介导的自噬功能障碍在硅纳米颗粒长期暴露诱导肺遗传不稳定性和恶性转化中的关键作用

为解决硅纳米颗粒(SiNPs)潜在致癌性机制不明的关键问题，研究人员通过体内外实验首次揭示SQSTM1/p62介导的自噬功能障碍通过干扰MDM2/p53/Aurora B信号通路和RNF168依赖的DNA损伤修复，导致肺遗传不稳定性和恶性转化的分子机制。该研究为纳米材料职业暴露安全标准制定提供重要理论依据，发表于《Materials Today Bio》。

　　

在纳米技术迅猛发展的今天，硅纳米颗粒(SiNPs)作为全球产量第二的工程纳米材料，广泛应用于工业制造、化妆品和生物医学领域。然而，这些直径仅50纳米左右的"明星材料"在职业暴露过程中可能通过呼吸道进入人体，其长期健康风险尤其是致癌性仍属未知领域。国际癌症研究机构(IARC)将无定形二氧化硅列为3类致癌物，意味着现有证据尚不充分，这给职业防护标准制定带来巨大挑战。

针对这一科学难题，首都医科大学的研究团队开展了一项历时12个月的系统性研究。通过模拟职业暴露场景，首次发现长期低剂量SiNPs暴露会引发不可逆的肺组织癌前病变，即使停止暴露6个月后，实验大鼠仍表现出持续性肺泡损伤、鳞状上皮化生等病理改变。更引人注目的是，研究揭示了SQSTM1/p62这一自噬受体蛋白的双重作用机制——它既是SiNPs的直接作用靶点，又是连接自噬障碍与基因组不稳定的关键枢纽。

研究采用多学科交叉技术路线：通过长期动物暴露实验（6个月暴露+6个月观察）模拟职业接触场景；运用Micro-PET/CT监测肺组织¹⁸
F-FDG代谢变化；采用CRISPR/Cas9构建SQSTM1敲除细胞模型；结合分子动力学模拟首次解析SiNPs-SQSTM1复合物的结合特性。

【2.1. SiNPs表征】
透射电镜显示合成的SiNPs呈球形（56.10±8.96 nm），在不同介质中保持稳定分散。这为后续机制研究提供了标准化的材料基础。

【2.2. 长期SiNPs暴露导致持续性肺损伤和癌前病变】
动物模型显示SiNPs暴露组肺组织出现特征性改变：PET/CT显示¹⁸
F-FDG摄取增加3.2倍，H&E染色发现肺泡上皮鳞状化生，免疫组化检测到肿瘤标志物CK19和PCNA显著上调。这些发现提示即使低于职业限值(5 mg/m³
)的暴露也可能诱发癌前病变。

【2.3. SiNPs诱导慢性炎症、EMT和DNA损伤】
分子水平分析显示暴露组肺组织氧化应激指标MDA升高2.1倍，炎症因子TNF-α和IL-1β持续高表达。上皮-间质转化(EMT)标志物E-Cadherin下调而Vimentin上调，DNA损伤标记物γ-H2AX和8-OHdG显著增加，证实慢性炎症微环境促进基因组不稳定性。

【2.4. SiNPs通过SQSTM1/p62介导机制触发自噬功能障碍】
透射电镜观察到含SiNPs的自噬体和自溶酶体堆积。Western blot显示SQSTM1和LC3B-II蛋白水平持续升高，伴随Nrf2/Keap1通路激活。特别值得注意的是，DNA修复关键蛋白RNF168及其介导的H2A泛素化水平显著降低，这为解释持续性DNA损伤提供了新机制。

【2.5. SiNPs促进BEAS-2B细胞恶性转化和染色体不稳定性(CIN)】
长期暴露40代后，人支气管上皮细胞出现典型恶性表型：EdU实验显示增殖能力提升2.3倍，Transwell实验证实迁移侵袭能力增强，软琼脂实验形成更多克隆。染色体畸变率升至12%（对照组5%），出现双着丝粒染色体等异常。

【2.6. SiNPs增加BEAS-2B细胞DNA损伤和自噬功能障碍】
免疫荧光显示γ-H2AX焦点数随暴露代次递增，微核率升高3倍。共免疫沉淀(Co-IP)证实SQSTM1与RNF168相互作用增强，导致H2A泛素化水平下降，揭示自噬障碍干扰DNA修复的新机制。

【2.7. SiNPs与SQSTM1/p62相互作用的分子对接模拟】
创新性分子动力学模拟显示：SiNPs通过ARG-265等关键残基与SQSTM1稳定结合（结合自由能-204.369 kJ/mol），诱导SQSTM1构象压缩。静电相互作用占主导贡献（约-600 kJ/mol），这为纳米材料-生物分子互作研究提供新范式。

【2.8. SQSTM1敲除缓解SiNPs诱导的恶性转化】
基因编辑实验证实SQSTM1缺失可使γ-H2AX焦点减少67%，逆转MDM2/p53/Aurora B通路异常，恢复RNF168介导的H2A泛素化。这直接验证了SQSTM1在恶性转化中的核心作用。

讨论部分深入阐释了SQSTM1/p62的双重调控机制：一方面通过竞争性结合Keap1激活Nrf2-MDM2-p53轴，导致Aurora B过表达引发有丝分裂灾难；另一方面通过核转位与RNF168结合，抑制组蛋白泛素化和DNA损伤修复。这种"双重打击"模型完美解释了SiNPs为何既引起染色体不稳定性又阻碍损伤修复。

该研究的临床意义在于：首次建立SQSTM1/p62-RNF168-Aurora B分子轴作为纳米材料致癌性评估的新靶标；为修订职业暴露限值提供实验依据；分子对接结果为设计生物安全性纳米材料指明方向。正如研究者强调，当前5 mg/m³
的职业标准可能不足以保证长期安全，这项发表于《Materials Today Bio》的成果将推动纳米毒理学研究进入分子机制精准解析的新阶段。