镁铵磷酸盐六水合物晶体尺寸依赖性细胞毒性研究：纳米级晶体对肾小管上皮细胞的损伤机制

本研究针对感染性结石主要成分镁铵磷酸盐六水合物（MAP）的尺寸效应，通过合成98.5 nm至3.23 μm四种尺寸晶体，系统揭示了小尺寸MAP晶体通过增强氧化应激（ROS）、降低线粒体膜电位（MMP）和诱导细胞坏死/凋亡的毒性机制，为阐明感染性结石形成机制提供新视角。

　　

在泌尿系统疾病领域，感染性结石因其高复发率和快速生长特性备受关注。这类结石的主要成分镁铵磷酸盐六水合物（Magnesium ammonium phosphate hexahydrate, MAP，又称鸟粪石）的形成与尿路感染密切相关——尿素酶阳性细菌分解尿素产生氨，使尿液碱化（pH>7.2），导致MAP晶体析出。更棘手的是，MAP结石患者中约50%需要二次治疗，且女性发病率是男性的两倍。尽管已知MAP晶体与强烈的氧化应激和炎症反应相关，但其尺寸与细胞毒性的关系仍是未解之谜。

针对这一科学问题，暨南大学的研究团队在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》发表重要研究。他们采用反相微乳液法和沉淀法，成功合成98.5±20.6 nm（MAP-100 nm）、310±67 nm（MAP-300 nm）、1.12±0.34 μm（MAP-1 μm）和3.23±0.90 μm（MAP-3 μm）四种尺寸的MAP晶体，通过CCK-8法、流式细胞术、荧光探针等技术系统评估了其对肾小管上皮细胞（HK-2）的毒性效应。

关键技术方法

研究采用反相微乳液法合成纳米级晶体（100 nm和300 nm），沉淀法制备微米级晶体（1 μm和3 μm）。通过XRD和FT-IR表征晶体结构，Zeta电位仪测定表面电势。细胞实验采用HK-2细胞系，检测指标包括：CCK-8法测细胞活力，DCFH-DA探针测活性氧（ROS），JC-1试剂盒测线粒体膜电位（MMP），Hoechst 33342/PI双染区分坏死/凋亡，ELISA法检测炎症因子IL-6/IL-18。

尺寸依赖性毒性机制

研究发现：

1. 细胞活力抑制：所有尺寸MAP晶体均显著降低HK-2细胞活力，且呈现明确尺寸效应——MAP-100 nm组细胞存活率最低（仅41.3%），较MAP-3 μm组（68.5%）降低近30%。

2. 氧化应激激活：小尺寸晶体诱导更强烈的ROS爆发，MAP-100 nm组的ROS水平是对照组的4.2倍，同时伴随超氧化物歧化酶（SOD）活性下降和丙二醛（MDA）积累。

3. 死亡模式差异：MAP-100 nm主要通过诱导细胞坏死（PI阳性率达32.7%）发挥作用；而较大晶体（MAP-300 nm至MAP-3 μm）则同时激活凋亡（Annexin V阳性细胞增加）和自噬途径。

4. 炎症反应：所有晶体均促进IL-6和IL-18分泌，其中MAP-100 nm的促炎效应最强，IL-6分泌量达对照组的5.8倍。

结论与意义

该研究首次揭示MAP晶体的尺寸效应规律：晶体越小，比表面积越大，表面Zeta电位越负（MAP-100 nm为-28.7 mV），其通过氧化应激-线粒体损伤-炎症级联反应导致的细胞毒性越强。这一发现为解释临床观察——结石患者尿液中大量存在纳米/微米级晶体提供了实验依据。研究团队提出"晶体尺寸阈值"假说：当尿液中MAP晶体尺寸<300 nm时，更易黏附肾上皮细胞并触发强烈损伤，这可能是感染性结石形成的初始事件。该成果不仅深化了对MAP结石发病机制的认识，还为开发基于晶体尺寸调控的预防策略提供了新思路。