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目的:本研究采用原代细胞培养方法,观察单壁碳纳米管(Single-WalledCarbon Nanotubes,SWCNT)对大鼠胎鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞(alveolar epithelialtypeⅡ cell,AECⅡ)的细胞毒性作用,并从氧化性损伤、DNA损伤和细胞凋亡角度探讨SWCNT可能的毒性作用机制。
方法:分离、培养20d胎鼠AECⅡ,经贴壁纯化后随机分为4组,即阴性对照组、SWCNT低剂量组(1ug/mL)、中剂量组(25ug/mL、高剂量组(50ug/mL)。MTT法和乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)释放法检测SWCNT的细胞毒性;单细胞凝胶电泳(single cell gel eletrophoresis,SCGE)技术检测AECⅡ细胞DNA的损伤;流式细胞仪测定AECⅡ细胞内活性氧(reactive oxygenspecies,ROS)水平,并检测AECⅡ细胞周期及细胞凋亡情况;应用Westernblotting法检测细胞凋亡相关蛋白Fas和细胞色素C(cytochrome c,Cyt C)的表达水平。
结果:随着SWCNT染毒剂量及时间的增加,AECⅡ细胞存活率逐渐降低(P<0.05),LDH释放量逐渐增加(P<0.01);MTT结果显示SWCNT对AECⅡ细胞具有增殖毒性;彗星实验结果表明,SWCNT可引起大鼠AECⅡDNA链发生断裂,DNA断裂细胞的尾DNA含量、尾矩、Oliver尾矩和尾长较阴性对照组显著增加(P<0.01),说NSWCNT可导致AECⅡ发生DNA损伤;流式细胞术结果显示,随着染毒剂量及时间的增加,细胞内ROS水平显著增加,与阴性对照组比较具有统计学意义;SWCNT可引起大鼠AECⅡ细胞凋亡,并可选择性地将AECⅡ细胞阻止在G2/M期,使细胞不能完成正常的细胞周期;SWCNT可引起AECⅡ细胞Fas蛋白和Cyt C蛋白的表达增加。
结论:SWCNT可对AECⅡ细胞膜造成损伤,引起细胞内LDH的释放增加;SWCNT可降低AECⅡ细胞的存活率,对AECⅡ细胞具有增殖毒性;SWCNT可使AECⅡ细胞产生大量ROS,引起细胞DNA损伤;SWCNT可将AECⅡ细胞周期阻滞于G2/M期,引起其细胞凋亡。SWCNT引起AECⅡ发生细胞凋亡的可能机制是:SWCNT破坏细胞膜,进入细胞,阻滞细胞周期于G2/M期,进而引起细胞凋亡;SWCNT使细胞内产生大量ROS,引起细胞DNA损伤,导致细胞凋亡;SWCNT直接引起DNA损伤,导致细胞凋亡;SWCNT可增加AECⅡ细胞膜表面Fas蛋白和线粒体内Cyt C蛋白表达,通过FaS途径和线粒体途径诱导细胞凋亡。