環境的に持続的なフリーラジカルは、超微粒子媒介細胞酸化ストレスと細胞毒性を増幅します

背景：燃焼生成された粒子状物質は、呼吸管に堆積し、酸化ストレスと炎症を引き起こす可能性を介して肺に危険をもたらします。燃料と塩素化炭化水素の燃焼は、粒子表面（すなわち、環境的に持続的なフリーラジカル; EPFRS）で安定化されるセミキノン型ラジカルを生成することを以前に示しました。実際の燃焼生成粒子の組成と特性は複雑で、起源が不均一であり、毎日から異なるため、代理粒子システムを使用することを選択しました。特に、2モノクロロフェノール（MCP230）のラジカルをEPFRとして使用することを選択しました。これは、Cu（II）O表面にEPFRを形成し、PCDD/Fの形成を触媒することを以前に示したためです。燃焼副産物の有害肺効果の原因となる物理化学的特性を理解するために、ヒト気管支上皮細胞（BEAS-2B）をMCP230またはCUO/シリカ基質に露出させました。私たちの一般的な仮説は、EPFR含有粒子が基質種よりも大きな毒性を持つということでした。 結果：BEAS-2B細胞の燃焼生成粒子システムへの曝露は、活性酸素種（ROS）生成を大幅に増加させ、細胞死を引き起こし、細胞死を引き起こしました。レスベラトロール処理により、両方のタイプの燃焼生成粒子システムの細胞グルタチオン（GSH）、グルタチオンペルオキシダーゼ（GPX）、およびスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）レベルの減少が逆転しました。 結論：MCP230への曝露時の細胞毒性の強化は、より多くの細胞酸化ストレスを生成し、上皮細胞の抗酸化防御を同時に減らす能力（すなわち、GSH、SOD活性、およびGPXの減少）と相関しました。MCP230のEPFRは、脂質過酸化を誘導する能力のために、生物学的懸念が大きいようです。これらの結果は、CUO/シリカウルトラフィン粒子の酸化性と、MCP230のEPFRの環境および生物学的寿命を還元する性質と長期にわたるものと一致しています。

BACKGROUND: Combustion generated particulate matter is deposited in the respiratory tract and pose a hazard to the lungs through their potential to cause oxidative stress and inflammation. We have previously shown that combustion of fuels and chlorinated hydrocarbons produce semiquinone-type radicals that are stabilized on particle surfaces (i.e. environmentally persistent free radicals; EPFRs). Because the composition and properties of actual combustion-generated particles are complex, heterogeneous in origin, and vary from day-to-day, we have chosen to use surrogate particle systems. In particular, we have chosen to use the radical of 2-monochlorophenol (MCP230) as the EPFR because we have previously shown that it forms a EPFR on Cu(II)O surfaces and catalyzes formation of PCDD/F. To understand the physicochemical properties responsible for the adverse pulmonary effects of combustion by-products, we have exposed human bronchial epithelial cells (BEAS-2B) to MCP230 or the CuO/silica substrate. Our general hypothesis was that the EPFR-containing particle would have greater toxicity than the substrate species. RESULTS: Exposure of BEAS-2B cells to our combustion generated particle systems significantly increased reactive oxygen species (ROS) generation and decreased cellular antioxidants resulting in cell death. Resveratrol treatment reversed the decline in cellular glutathione (GSH), glutathione peroxidase (GPx), and superoxide dismutase (SOD) levels for both types of combustion-generated particle systems. CONCLUSION: The enhanced cytotoxicity upon exposure to MCP230 correlated with its ability to generate more cellular oxidative stress and concurrently reduce the antioxidant defenses of the epithelial cells (i.e. reduced GSH, SOD activity, and GPx). The EPFRs in MCP230 also seem to be of greater biological concern due to their ability to induce lipid peroxidation. These results are consistent with the oxidizing nature of the CuO/silica ultrafine particles and the reducing nature and prolonged environmental and biological lifetimes of the EPFRs in MCP230.