Derlin-1调控二氧化钛纳米颗粒暴露下施氏鲟肝细胞内质网应激与凋亡的分子机制

本研究针对二氧化钛纳米颗粒(TiO2-NPs)对水生生物内质网(ER)功能的干扰问题，通过构建施氏鲟Derlin-1基因过表达/干扰载体，揭示该基因通过ERAD通路调控未折叠蛋白反应(UPR)，加剧TiO2-NPs诱导的氧化应激与细胞凋亡，为纳米颗粒毒性防控提供新靶点。

　　

随着纳米技术的快速发展，二氧化钛纳米颗粒(TiO₂-NPs)因其优异的光催化性能被广泛应用于日化、涂料等领域，但其环境释放对水生生态系统的潜在危害日益凸显。尤其值得注意的是，这类纳米颗粒能穿透生物屏障，直接干扰细胞内质网(ER)——这个负责蛋白质合成与折叠的关键细胞器。当ER功能紊乱导致未折叠或错误折叠蛋白堆积时，会触发未折叠蛋白反应(UPR)，进而引发细胞凋亡。施氏鲟作为珍稀淡水鱼类，其肝脏是纳米颗粒毒性的主要靶器官，但其中Derlin-1（ER相关降解通路ERAD的核心组分）如何介导TiO₂-NPs毒性仍属未知。

针对这一科学问题，来自贵州省基础研究计划资助的研究团队在《Aquatic Toxicology》发表重要成果。研究人员采用分子克隆技术获得施氏鲟Derlin-1基因全长序列，通过构建重组慢病毒载体实现肝细胞(ASL)中Derlin-1的过表达与干扰，结合氧化应激指标检测、UPR通路基因表达分析和细胞凋亡评估，系统解析了Derlin-1在TiO₂-NPs毒性中的作用机制。

Derlin-1克隆
通过巢式PCR从施氏鲟肝脏中扩增出762 bp的Derlin-1开放阅读框，编码含5个跨膜结构域的253个氨基酸蛋白，序列比对显示其与其它物种Derlin-1具有高度保守性。

Derlin-1慢病毒载体构建与评估
实验证实shRNA1干扰载体对Derlin-1的沉默效率达54.33%，而过表达组基因表达量提升7.93倍。透射电镜显示TiO₂-NPs暴露导致ASL细胞核膜皱缩、线粒体空泡化和ER扩张，这些病变在干扰组尤为显著。

关键发现

1. 氧化应激：Derlin-1干扰组活性氧(ROS)水平显著高于过表达组，同时超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性降低，表明Derlin-1缺失加剧氧化损伤。
2. UPR激活：IRE1、ATF6和PERK等UPR标志基因在干扰组表达量显著上调，提示ERAD功能障碍导致错误折叠蛋白堆积。
3. 凋亡调控：TiO₂-NPs暴露24小时后，干扰组肝细胞凋亡率较过表达组更高，证实Derlin-1通过调控UPR影响细胞命运决策。

这项研究首次阐明Derlin-1在鱼类应对纳米颗粒毒性中的双重角色：一方面作为ERAD组分清除错误折叠蛋白，另一方面通过调控UPR通路影响细胞存活。发现不仅为评估TiO₂-NPs生态风险提供分子标志物，更启示通过靶向调控Derlin-1可能减轻纳米材料对水生生物的危害。研究采用的慢病毒载体构建策略也为鱼类基因功能研究提供了技术参考。未来需进一步探索Derlin-1与其它ER应激传感器的互作网络，以及在不同浓度TiO₂-NPs暴露下的剂量-效应关系。