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碳纳米管对人体产生毒性的原因:免疫细胞误以为是病原体

时间:2021-02-22 07:36来源:客觀日本 作者:客观日本

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导读:本文经共同社授权转载 图为从比利时运抵日本后从飞机上卸下并运输的第二批新冠疫苗货物。2月21日上午摄于成田机

  

碳纳米管(CNTs)是新一代纳米材料,有望用于电池、飞机及医疗等广泛用途。但动物实验显示,CNTs与石棉一样,进入体内后会被巨噬细胞有效吸收,并因为巨噬细胞的炎症反应而表现出毒性。2019年,国际化学品秘书处(ChemSec)判断CNTs为对人体有害的物质,将其列入需立即替换的物质清单(Substitute It Now:SIN),因此,CNTs未来能否继续使用成为全球范围的一大争论。仅由碳构成的CNTs为何会被巨噬细胞吸收?长期以来都没查清其毒性表达机制。


日本立命馆大学药学部的中山胜文教授、日本东北大学研究生院信息科学研究科的木下贤吾教授和大森聪博士研究员等人组成的联合研究团队发现了识别碳纳米管(CNTs)的免疫受体。小鼠实验表明,巨噬细胞会经由名为Tim4的免疫受体捕获CNTs并吸收到细胞内,这种巨噬细胞炎症反应会引起间皮瘤样病症。

<研究内容>

该研究通过进行巨噬细胞受体筛查,确定Tim4为CNT受体。然后通过计算机模拟发现,Tim4的细胞外区域的芳香族氨基酸簇与CNT的芳香环之间会形成稳定的π-π相互作用,结合实验显示,Tim4的芳香族氨基酸簇是CNT的识别位点。


研究团队利用CRISPR/Cas9系统使Tim4基因缺损,或者利用抗Tim4单克隆抗体抑制Tim4蛋白发现,抑制了巨噬细胞对MWCNTs的吸收量。由此,抑制了这些巨噬细胞分泌的炎症性细胞因子IL-1β,最终减轻了间皮瘤样病症。这些结果表明,巨噬细胞是通过Tim4识别MWCNTs的。另外还发现,Tim4并没有参与巨噬细胞对石棉的识别。


该研究于全球首次确定了CNT受体。Tim4是大阪大学的长田重一教授领导的研究团队2007年发现的磷脂丝氨酸(PS)受体,但此次的实验表明,Tim4的PS识别位点与CNT识别位点不同。此次研究发现的CNT受体与PS受体、即识别凋亡细胞的受体相同,因此免疫系统可能是将新一代纳米材料误识别为病原体,从而作出了过度反应。


该研究成果今后有望用来开发在因接触CNTs而引起的肺病中抑制Tim4通路的治疗方法,以及设计和开发不与Tim4结合的安全CNTs。


【论文信息】
题目:Tim4 Recognizes Carbon Nanotubes and Mediates Phagocytosis Leading to Granuloma Formation
期刊:Cell Reports
DOI:doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108734

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