碳納米管呼吸暴露后的生物安全性和毒理學機制

　　6月24日，Nature Nanotechnology (《自然-納米技術》) 雜志在線發表了中國科學院國家納米科學中心陳春英課題組和中國科學技術大學朱濤課題組在納米生物安全與毒理學研究領域的最新發現：碳納米管呼吸暴露后的延遲毒性可導致原位乳腺腫瘤的多發性轉移，論文題目為Long-term pulmonary exposure to multi-walled carbon nanotubes promotes breast cancer metastatic cascades（《多壁碳納米管肺部長期暴露促進乳腺腫瘤的級聯性轉移》）。該研究首次報道了CNT長期呼吸暴露對除肺部外的遠端器官或組織的腫瘤發生發展的影響。

　　碳納米管（CNT）是重要的一維納米材料，由于其良好的力學、電學和化學性能，可用作超強纖維、隱身材料、大功率超級電容器、傳感器等，被稱為“明星材料”。CNT的生產操作使職業人群的接觸不可避免，所以，工業的快速發展要求CNT的制造和應用必須要符合健康和安全的標準。另外，隨著大量CNT材料進入消費市場，CNT的相關產品將和人們日常生活密切相關。目前的毒理學研究顯示，CNT呼吸暴露可以引起實驗動物肺部炎癥和纖維化反應，出現局部肉芽腫和間質瘤的趨勢。但是更令人擔憂的是CNT呼吸暴露在人群日常生活中的現實意義，除了生產工作場所中CNT的空氣環境釋放，在巴黎、美國等地（尤其是911事件現場）的空氣樣本中均檢測到CNT。2015年的一篇報道顯示巴黎地區64位患有哮喘病兒童的肺灌洗液樣本中檢測到CNT。大氣中的碳納米管對人類健康的潛在影響成為廣泛關注的現實問題。然而迄今為止，CNT呼吸暴露多局限于肺部或心血管系統病變，而缺乏對全身系統影響和長期健康效應的研究。

　　該研究發現，沉積于小鼠肺部的CNT引起的局部微環境改變可顯著增強乳腺腫瘤細胞侵入臨近血管和周邊組織的能力，并促進腫瘤組織內血管生成，從而導致乳腺腫瘤細胞向肺部的轉移，形成快速生長的轉移灶，甚至進一步在體內形成多器官轉移。CNT肺部長期蓄積，刺激肺成纖維細胞和巨噬細胞分泌的VEGFA經血液循環到達乳腺腫瘤，一方面直接促進腫瘤血管生成，另一方面上調腫瘤細胞內源性VEGFA與COX-2的表達，從而啟動VEGFA-COX-2的正反饋通路，使乳腺組織內血管生成持續增強，為腫瘤細胞的轉移提供更加“豐富的營養”和“肥沃的土壤”。與之相呼應，CNT暴露形成的肺局部炎癥和纖維化也為促進腫瘤細胞定向轉移到肺及進一步侵襲生長，提供了轉移前的肺部微環境與轉移后的腫瘤微環境。

　　此項研究首次證實了肺部CNT長期暴露對遠端部位的乳腺腫瘤轉移有明顯的促進作用，長期存在的肺部局部炎癥可能是乳腺癌進展的主要風險。該研究工作同時開拓了納米材料呼吸暴露對遠端部位腫瘤發生和發展的毒理學研究新領域。系統性地深入研究典型納米材料長期暴露的生物安全性和毒理學機制，不但讓人們意識到對生產場所的職業人群的健康防護迫在眉睫，同時對普通人群暴露的健康效應研究也具有巨大的現實意義。

　　Nature Nanotechnology 同期刊發了英國伯明翰大學教授Iseult Lynch針對該文章的評述，認為該工作意義深遠，并提出該研究也提供了一個重大的機會即利用納米材料去探索與腫瘤轉移有關的信號通路，促進對臨床治療干預的理解。

　　該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和中科院國際合作項目等的支持。

　　論文鏈接

多壁碳納米管在肺部的長期沉積可促進原位乳腺腫瘤血管生成，乳腺腫瘤細胞浸潤能力