1、由于具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，納米材料在航空航天、能源、建材、涂料、催化、環(huán)境保護(hù)、電子器件、生物醫(yī)藥以及消費(fèi)品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。與納米材料相關(guān)的產(chǎn)品正加速走進(jìn)人們的日常生活。納米材料的廣泛應(yīng)用加大了其與人體接觸并進(jìn)入人體的幾率，因此研究納米材料的生物學(xué)效應(yīng)，即其對(duì)基本生命過程的影響，從而更好地評(píng)價(jià)其生物安全性就顯得十分必要和緊迫。
　　自噬，意為自體吞噬，是利用溶酶體機(jī)制降解細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)成分的過程的統(tǒng)稱。其廣泛存在于從低等的酵母菌到

2、高等的哺乳動(dòng)物細(xì)胞等所有真核細(xì)胞中，是與泛素-蛋白酶體機(jī)制并列的另一種降解途徑。通常情況下，細(xì)胞保持低水平的基礎(chǔ)的自噬活性來應(yīng)對(duì)代謝壓力、衰老或破損的細(xì)胞器、錯(cuò)誤折疊或聚集的蛋白來維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在如饑餓、能量缺乏等代謝脅迫的情況下，自噬會(huì)被上調(diào)，短期內(nèi)為細(xì)胞提供必要的營(yíng)養(yǎng)和能量，應(yīng)對(duì)生存壓力。而如果細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間處于較高的自噬水平，就會(huì)引起自噬性細(xì)胞死亡。另外，越來越多的研究表明自噬過程的缺失或者紊亂與包括癌癥、神經(jīng)退行、Ⅱ型糖尿病

3、、粥樣動(dòng)脈硬化等很多疾病的發(fā)生和發(fā)展都有密不可分的復(fù)雜關(guān)系。鑒于細(xì)胞自噬的復(fù)雜性，適當(dāng)?shù)膶?duì)自噬進(jìn)行調(diào)控，趨利避害，最大限度地利用它進(jìn)行疾病的治療在近年來得到研究人員越來越多的關(guān)注。
　　納米材料作為一種新型的自噬誘導(dǎo)劑，其對(duì)自噬的影響越來越得到人們的關(guān)注。由于自噬本身在生物系統(tǒng)中作用的復(fù)雜性，納米材料與細(xì)胞自噬的關(guān)系也相應(yīng)得存在著兩面性。一方面，許多納米材料可以誘導(dǎo)自噬，這就對(duì)原有的小分子自噬誘導(dǎo)劑形成了有益的補(bǔ)充;另一方面，納米

4、材料可能會(huì)干擾溶酶體功能造成自噬過程的阻滯，從而帶來細(xì)胞毒性，為納米材料的應(yīng)用帶來不必要的副作用。因此通過適當(dāng)?shù)氖侄螌?duì)納米材料進(jìn)行修飾，從而可控地調(diào)節(jié)自噬的程度就顯得十分必要。
　　我們對(duì)包含MWCNT-COOH在內(nèi)的共81種具有不同表面修飾的MWCNT庫(kù)的細(xì)胞自噬誘發(fā)能力進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同表面修飾分化了MWCNT的自噬誘發(fā)能力。通過量化自噬小體的個(gè)數(shù)，將81種不同表面修飾的MWCNT的自噬誘發(fā)能力分成了4類。包含羧基在內(nèi)的

5、7種多壁碳納米管具有極強(qiáng)的自噬誘導(dǎo)能力，而也有7種碳管因?yàn)檫m當(dāng)?shù)匦揎椂鴨适Я俗允烧T導(dǎo)能力，其他碳管的自噬誘導(dǎo)能力則介于上述兩個(gè)級(jí)別之間，分別具有較弱或較強(qiáng)的自噬誘導(dǎo)級(jí)別。因此，表面修飾成功地分化了誘導(dǎo)自噬的能力，并且這種能力不局限于單一細(xì)胞性。我們還使用計(jì)算化學(xué)的手段PharmacophoreQuery對(duì)碳管表面分子結(jié)構(gòu)與自噬誘導(dǎo)能力之間進(jìn)行了構(gòu)效關(guān)系的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)胺基和羰基這兩種氫鍵受體及其相對(duì)位置是誘導(dǎo)自噬的關(guān)鍵基團(tuán)。在具有最強(qiáng)自

6、噬誘導(dǎo)能力的三種碳管都含有這兩種基團(tuán)，且它們都處于相同的平面內(nèi)，而在喪失自噬誘導(dǎo)能力的三種碳管中，上述兩種基團(tuán)都發(fā)生了一定程度的位移，這可能是由于大的吸電子芳香環(huán)的引入造成的。這些發(fā)現(xiàn)為今后有目的地設(shè)計(jì)碳管表面配體，對(duì)自噬進(jìn)行可控的調(diào)控提供了一定的理論基礎(chǔ)。
　　在分子層面研究小分子或納米材料誘發(fā)自噬的機(jī)制是當(dāng)前自噬研究領(lǐng)域的前沿。我們使用免疫印跡的方法對(duì)強(qiáng)自噬誘導(dǎo)級(jí)別的碳管進(jìn)行自噬通路mTOR的檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，7種最強(qiáng)自噬誘導(dǎo)級(jí)別的

7、碳管誘發(fā)自噬的通路也發(fā)生了分化。我們選取mTOR依賴的MWCNT-COOH和另一種與其自噬級(jí)別接近的mTOR非依賴的MWCNT41進(jìn)行更深入的機(jī)制研究。電鏡是判斷自噬發(fā)生的金標(biāo)準(zhǔn)，TEM觀察到兩種碳管處理后的細(xì)胞中都有自噬小體的生成，且部分自噬小體內(nèi)還包裹有碳管，針對(duì)LC3B的免疫印跡實(shí)驗(yàn)也表明，兩種碳管以劑量依賴的方式誘導(dǎo)HEK293細(xì)胞產(chǎn)生自噬。隨后我們排除了兩種碳管表面配體解離從而誘發(fā)自噬的可能。通過AnnexinV/7-AAD雙

8、染實(shí)驗(yàn)及caspase3的免疫印跡實(shí)驗(yàn)排除了兩種碳管誘導(dǎo)凋亡的可能性。采用具有熒光信號(hào)的FITC-BSA分子標(biāo)記的碳管處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)兩種碳管在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有相似的細(xì)胞攝入量。使用Fluo-3AM鈣離子熒光探針檢測(cè)碳管處理后的細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，兩種碳管在低濃度（25μg/mL）和高濃度（100μg/mL）時(shí)均沒有引起細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度的改變，從而排除通路不同是由于二者對(duì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度影響的不同帶來的。透射電鏡觀察到兩種碳管在細(xì)胞內(nèi)具有相似的

9、亞細(xì)胞定位，排除細(xì)胞定位不同造成的影響。自噬相關(guān)基因PCR陣列實(shí)驗(yàn)顯示，兩種碳管在對(duì)IGF-1和IFNA2的表達(dá)上發(fā)生了顯著的不同。結(jié)合現(xiàn)有對(duì)自噬的認(rèn)識(shí)及課題組前期在碳管的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制等方面的探索，我們推測(cè)兩種碳管由于表面修飾的不同結(jié)合在不同的細(xì)胞表面受體上，從而引起了不同的下游自噬通路。MWCNT-COOH通過IGF1R/mTOR/p70S6K通路引起自噬，而MWCNT41則通過IFNA2R干擾了IFNA2的表達(dá)，從而引起自噬。