酸化セリウムおよび硫酸バリウムナノ粒子吸入は、肺胞上皮細胞の遺伝子発現に影響を与えますII型

背景：細胞系と相互作用するナノ材料の分子メカニズムを理解することは、適切なリスク評価に重要です。ナノ粒子の潜在的な（サブ）慢性効果のための初期バイオマーカーの特定は、コスト集約型および動物の長期研究に対する有望なアプローチを提供します。CEO2 NM-212およびBASO4 NM-220を使用した90日間の吸入毒性試験の一環として、遺伝子発現と免疫組織化学に関する現在の調査は、肺効果の基礎となるメカニズムの詳細を明らかにするはずです。肺胞上皮細胞II型（AEII細胞）の役割は、吸入粒子に対する防御への寄与と潜在的に生じる副作用が想定されているため、焦点を合わせています。低用量レベルは、炎症や酸化ストレスなどの粒子関連のイベントを指定するのに役立つはずです。 結果：ラットは、0.1、0.3、1.0、および3.0 mg/m3 CEO2 NM-212または50.0 mg/M3 BASO4 NM-220を浄化し、391遺伝子の発現をAEII細胞で1、28および90の後にAEII細胞で分析しました。日々の露出。合計34個の遺伝子が調節され、そのほとんどは炎症性メディエーターに関連していました。遺伝子発現の顕著な変化は、CCL2、CCL7、CCL17、CCL22、CCL3、CCL4、IL-1α、IL-1β、およびIL-1RN（炎症）、LPOおよびNOXO1（酸化ストレス）、およびMMP12（炎症/肺について測定されました。癌）。遺伝毒性とアポトーシスに関連する遺伝子は、顕著な調節を示しませんでした。遺伝子発現はCEO2と比較してBASO4の影響を受けませんでしたが、遺伝子パターンは大きな重複を示しました。遺伝子発現は、肝臓および腎臓組織でさらに分析され、両方の臓器で炎症反応を示し、腎臓の酸化ストレス関連遺伝子の顕著なダウンレギュレーションを示しました。CEの量の増加は肝臓で測定されましたが、腎臓組織では測定されませんでした。タンパク質レベルでの選択された遺伝子の調査により、露出した動物の気管支肺胞洗浄におけるCCL2の増加と肺胞上皮のLPOおよびMMP12の増加が明らかになりました。 結論：AEII細胞は、CEO2ナノ粒子に寄与し、関連するメディエーターの放出により呼吸管の炎症および酸化ストレス反応を引き起こしました。BASO4暴露の影響は低いです。ただし、両方の物質間の重複が検出され、呼吸器系に対するナノ粒子効果の潜在的な初期バイオマーカーの識別を支持しました。長期的な影響の兆候は、それぞれの露出設定と比較してさらに評価する必要があります。

BACKGROUND: Understanding the molecular mechanisms of nanomaterial interacting with cellular systems is important for appropriate risk assessment. The identification of early biomarkers for potential (sub-)chronic effects of nanoparticles provides a promising approach towards cost-intensive and animal consuming long-term studies. As part of a 90-day inhalation toxicity study with CeO2 NM-212 and BaSO4 NM-220 the present investigations on gene expression and immunohistochemistry should reveal details on underlying mechanisms of pulmonary effects. The role of alveolar epithelial cells type II (AEII cells) is focused since its contribution to defense against inhaled particles and potentially resulting adverse effects is assumed. Low dose levels should help to specify particle-related events, including inflammation and oxidative stress. RESULTS: Rats were exposed to clean air, 0.1, 0.3, 1.0, and 3.0 mg/m3 CeO2 NM-212 or 50.0 mg/m3 BaSO4 NM-220 and the expression of 391 genes was analyzed in AEII cells after one, 28 and 90 days exposure. A total number of 34 genes was regulated, most of them related to inflammatory mediators. Marked changes in gene expression were measured for Ccl2, Ccl7, Ccl17, Ccl22, Ccl3, Ccl4, Il-1α, Il-1ß, and Il-1rn (inflammation), Lpo and Noxo1 (oxidative stress), and Mmp12 (inflammation/lung cancer). Genes related to genotoxicity and apoptosis did not display marked regulation. Although gene expression was less affected by BaSO4 compared to CeO2 the gene pattern showed great overlap. Gene expression was further analyzed in liver and kidney tissue showing inflammatory responses in both organs and marked downregulation of oxidative stress related genes in the kidney. Increases in the amount of Ce were measured in liver but not in kidney tissue. Investigation of selected genes on protein level revealed increased Ccl2 in bronchoalveolar lavage of exposed animals and increased Lpo and Mmp12 in the alveolar epithelia. CONCLUSION: AEII cells contribute to CeO2 nanoparticle caused inflammatory and oxidative stress reactions in the respiratory tract by the release of related mediators. Effects of BaSO4 exposure are low. However, overlap between both substances were detected and support identification of potential early biomarkers for nanoparticle effects on the respiratory system. Signs for long-term effects need to be further evaluated by comparison to a respective exposure setting.