JES编辑推荐：二维过渡金属硫化物纳米片以外层硫族元素依赖的方式激活小鼠肺泡巨噬细胞自噬信号通路

二维过渡金属硫化物纳米片以外层硫族元素依赖的方式激活小鼠肺泡巨噬细胞自噬信号通路

Perturbation of autophagy pathways in murine alveolar macrophage by 2D TMDCs is chalcogen-dependent

Xiaofei Zhou, Weitao Jin, Rui Zhang, Xuan Mao, Jianbo Jia^*, Hongyu Zhou

https://doi.org/10.1016/j.jes.2022.12.029

由于二维过渡金属硫化合物（2D TMDCs）广泛应用于各行各业，其环境和职业暴露风险日益增加，引发了人们对其潜在健康风险的关注。虽然2D TMDCs 的组成依赖性细胞毒性已得到广泛研究，外层硫族原子和内层过渡金属原子在非致死剂量下如何差异干扰细胞稳态仍有待进一步深入探讨。在本研究中，我们比较了WS2、NbS2、WSe2 和 NbSe2 纳米片暴露诱导MH-S小鼠肺泡巨噬细胞自噬的差异分子机制。结果显示，所有这些2D TMDCs虽然都具有类似的物理化学性质、整体细胞毒性和在 MH-S 细胞中的自噬诱导能力，却表现出外层硫族元素依赖的亚细胞定位和自噬信号通路的激活。具体而言，WS2和NbS2纳米片粘附在细胞表面并内化到溶酶体中，引发mTOR依赖的自噬激活。另一方面，WSe2和NbSe2纳米片在MH-S细胞的细胞质中广泛分布，并以mTOR非依赖的方式诱导细胞自噬的发生。2D TMDCs诱导的自噬发生加剧了可吸入苯并[a]芘的细胞毒性，表明其对小鼠肺泡巨噬细胞应对外界污染物刺激表现出不利作用。这些发现从细胞稳态扰动的角度深入揭示了环境2D TMDCs的潜在健康风险。

外层硫族原子在调控2D TMDCs引起的细胞扰动中起关键作用；非致死剂量2D TMDCs暴露后引起的自噬扰动加剧其他环境污染物的健康危害。

Increasing risks of incidental and occupational exposures to two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D TMDCs) due to their broad application in various areas raised their public health concerns. While the composition-dependent cytotoxicity of 2D TMDCs has been well-recognized, how the outer chalcogenide atoms and inner transition metal atoms differentially contribute to their perturbation on cell homeostasis at non-lethal doses remains to be identified. In the present work, we compared the autophagy induction and related mechanisms in response to WS2, NbS2, WSe2 and NbSe2 nanosheets exposures in MH-S murine alveolar macrophages. All these 2D TMDCs had comparable physicochemical properties, overall cytotoxicity and capability in triggering autophagy in MH-S cells, but showed outer chalcogen-dependent subcellular localization and activation of autophagy pathways. Specifically, WS2 and NbS2 nanosheets adhered on the cell surface and internalized in the lysosomes, and triggered mTOR-dependent activation of autophagy. Meanwhile, WSe2 and NbSe2 nanosheets had extensive distribution in cytoplasm of MH-S cells and induced autophagy in an mTOR-independent manner. Furthermore, the 2D TMDCs-induced perturbation on autophagy aggravated the cytotoxicity of respirable benzo[a]pyrene. These findings provide a deeper insight into the potential health risk of environmental 2D TMDCs from the perspective of homeostasis perturbation.

第一作者

周晓斐博士于2019年毕业于山东大学化学与化工学院，获理学博士学位。现任河北农业大学副教授。研究工作主要聚焦于纳米材料的健康效应及机制研究，研究兴趣包括：1）纳米材料的健康风险评价及机制研究；2）纳米材料诱导自噬的分子机制研究。围绕研究工作的开展，在Small，ACS Appl. Mater. Inter.，J. Environ. Sci.等国际期刊上发表同行评审论文13篇，其中第一/通讯作者论文10篇。

通讯作者

贾建博博士于2017年毕业于山东大学化学与化工学院，获理学博士学位。2018年3月至2024年9月受聘于广州大学大湾区环境研究院，博士讲师/副教授。现任天津医科大学副教授，特聘研究员。研究工作主要聚焦新污染物的健康效应及机制，研究兴趣包括：1）基于易感群体动物、细胞模型的环境痕量新污染物健康风险评价；2）效应导向的复杂微污染物关键致毒组分鉴别及毒性机制研究。围绕研究工作的开展，在Environ. Sci. Technol.，J. Hazard. Mater.，J. Environ. Sci.等国际期刊上发表同行评审论文51篇，其中第一/通讯作者论文22篇。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1001074222006441

Xiaofei Zhou, Weitao Jin, Rui Zhang, Xuan Mao, Jianbo Jia, Hongyu Zhou, 2024. Perturbation of autophagy pathways in murine alveolar macrophage by 2D TMDCs is chalcogen-dependent. J. Environ. Sci. 135, 97-107.