左正宏教授在Small上發(fā)文揭示黑磷量子點誘發(fā)腎臟損傷和胰島素敏感性降低的機制
2020年4月28日，我院左正宏教授團隊在Small雜志上發(fā)表題為“Black Phosphorus Quantum Dots Cause Nephrotoxicity in Organoids, Mice and Human Cells”的研究論文。該研究成功構(gòu)建了腎類器官模型并利用該模型篩查了多種代表性量子點(Quantum dots)納米材料生物安全性，發(fā)現(xiàn)了新型納米材料黑磷量子點(Black phosphorus quantum dots, BP-QDs)具有潛在腎毒性，并首次深入闡述和證明了BP-QDs經(jīng)過非折疊蛋白反應調(diào)控腎臟損傷及胰島素敏感性降低的毒性機制。
類器官(organoids)是指在體外環(huán)境下培育形成具備類似真實器官的3D結(jié)構(gòu)，能部分模擬來源組織或器官的生理功能，維持細胞對藥物、污染物的代謝能力，在器官發(fā)育、疾病模型、藥物篩選和毒理學評價等方面具有廣闊應用前景。研究團隊采用小鼠腎臟組織分離出的細胞，結(jié)合微流控技術(shù)生成具有腎小管、腎小球樣結(jié)構(gòu)的腎類器官。該系統(tǒng)能夠以每秒5個的速度形成類器官前體，一只小鼠可以制備出數(shù)千個結(jié)構(gòu)類似、大小均一的腎類器官。
研究團隊利用該類器官篩查評估了多種代表性QDs潛在腎毒性，發(fā)現(xiàn)新型納米材料BP-QDs具有較高毒性，并在小鼠和人腎小管上皮細胞中得到了進一步證實。BP是一種新型納米材料，在半導體和光電性能等方面優(yōu)異于石墨烯和二維過渡金屬硫化物。相比BP納米片，BP-QDs沒有邊緣效應和量子限制，三個維度均處于納米范圍內(nèi)，具有更高光穩(wěn)定性、光熱轉(zhuǎn)換效率和光催化效率，在光電子、能源和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊前景。然而，BP-QDs生物安全性研究剛剛起步，對人體健康效應不明。因而，研究團隊繼續(xù)深入研究，發(fā)現(xiàn)了BP-QDs暴露會導致腎臟胰島素敏感性降低和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(ER stress)，進一步闡明了BP-QDs引起ER stress激活非折疊蛋白反應下游IRE1α/XBP1s支路抑制了IR/IRS/PI3K/AKT信號從而介導腎小管細胞上皮細胞毒性和胰島素敏感性降低。該研究利用類器官、小鼠和人類細胞綜合評估了BP-QDs納米材料的生物安全性，并揭示了BP-QDs急性腎臟損傷新的分子機制，為納米材料導致腎臟損傷提供潛在干預策略和靶點。
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廈門大學生命科學學院左正宏教授、何承勇副教授和清華-伯克利深圳學院馬少華助理教授為共同通訊作者，廈門大學何承勇副教授、碩士生阮鋒凱和清華-伯克利深圳學院博士生蔣盛威為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目、廈門大學校長基金和廈門大學細胞應激生物學國家重點實驗室開放研究基金的資助。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202001371
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