酸化グラフェンは、オートファジーを調節することにより、ラットの用量依存性肺損傷を誘導します

グラフェンは、炭素原子で構成される六角形のハニカム格子を備えた2次元構造材料です。グラフェン酸化物（GO）の生物学的効果は、親水性/生体適合性の増加により生物学的研究で広く使用されているため、広く調査されています。ただし、Go関連肺毒性の根底にある正確なメカニズムは、まだ完全には解明されていません。本研究の目的は、肺損傷誘導におけるGOの役割、および酸化ストレス、炎症、オートファジーへの関与を決定することでした。結果は、GO（5および10 mg/kg）の低濃度（5および10 mg/kg）が重大な肺損傷を引き起こさないことを明らかにしましたが、GOの投与はより高い濃度（50および100 mg/kg）で肺浮腫を誘発し、肺透過性と組織病理学的肺肺透過性と組織病理学的肺の増加を誘発しました。変更。高GO濃度はまた、肺の酸化的損傷と炎症反応を誘発しました。これは、酸化生成物のレベルの増加[マロンジアルデヒド（MDA）および8-ヒドロキシオキシグアノシン（8-OHDG）]および炎症因子（TNF-α、IL-6、IL-1βおよびIL-8）。オートファジー阻害剤3-メチルアデニン（3-MA）およびクロロキン（CLQ）は、肺のオートファジーを阻害し、GO誘発性肺損傷を減衰させました。洗浄液、および肺損傷スコアの減少。さらに、3-MAとCLQは、肺組織のMDA、8-OHDGおよび炎症因子のレベルを有意に低下させ、オートファジーが肺の酸化的損傷と炎症の発症を媒介することを示唆しています。最後に、オートファジーは、短いヘアピンRNA媒介オートファジータンパク質5（ATG5）ノックダウンにより、BEAS-2B細胞で直接阻害され、GOで処理されました。細胞生存率、および損傷の程度（乳酸デヒドロゲナーゼレベルによって示される）および酸化ストレスが決定されました。結果は、ATG5ノックダウン誘発性オートファジー阻害が細胞損傷と酸化ストレスを有意に減少させ、オートファジー誘導がGOへの暴露中に肺損傷を引き起こす重要なイベントであることを示唆しています。結論として、本研究の結果は、GOがオートファジーを誘導することにより用量依存的に肺損傷を引き起こすことを示した。

Graphene is a two-dimensional structured material with a hexagonal honeycomb lattice composed of carbon atoms. The biological effects of graphene oxide (GO) have been extensively investigated, as it has been widely used in biological research due to its increased hydrophilicity/biocompatibility. However, the exact mechanisms underlying GO-associated lung toxicity have not yet been fully elucidated. The aim of the present study was to determine the role of GO in lung injury induction, as well as its involvement in oxidative stress, inflammation and autophagy. The results revealed that lower concentrations of GO (5 and 10 mg/kg) did not cause significant lung injury, but the administration of GO at higher concentrations (50 and 100 mg/kg) induced lung edema, and increased lung permeability and histopathological lung changes. High GO concentrations also induced oxidative injury and inflammatory reactions in the lung, demonstrated by increased levels of oxidative products [malondialdehyde(MDA) and 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG)] and inflammatory factors (TNF-α, IL-6, IL-1β and IL-8). The autophagy inhibitors 3-methyladenine (3-MA) and chloroquine (CLQ) inhibited autophagy in the lung and attenuated GO-induced lung injury, as demonstrated by a reduced lung wet-to-dry weight ratio, lower levels of protein in the bronchoalveolar lavage fluid, and a reduced lung injury score. Furthermore, 3-MA and CLQ significantly reduced the levels of MDA, 8-OHdG and inflammatory factors in lung tissue, suggesting that autophagy also mediates the development of oxidative injury and inflammation in the lung. Finally, autophagy was directly inhibited in BEAS-2B cells by short hairpin RNA-mediated autophagy protein 5 (ATG5) knockdown, which were then treated with GO. Cell viability, as well as the extent of injury (indicated by lactate dehydrogenase level) and oxidative stress were determined. The results revealed that ATG5 knockdown-induced autophagic inhibition significantly decreased cellular injury and oxidative stress, suggesting that autophagy induction is a key event that leads to lung injury during exposure to GO. In conclusion, the findings of the present study indicated that GO causes lung injury in a dose-dependent manner by inducing autophagy.