《Journal of Hazardous Materials》：Silicon Carbide Nanoparticles Induce Pulmonary Fibrosis by Promoting Macrophage Apoptosis through Parkin-Mediated Mitophagy Disruption and the Intervention Effect of Emodin
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硅碳化硅纳米颗粒（SiC-NPs）诱导肺纤维化的机制及大黄素干预研究。通过体外巨噬细胞模型和体内小鼠实验，发现SiC-NPs通过产生活性氧（ROS）和线粒体损伤，抑制Parkin介导的自噬，导致巨噬细胞凋亡，进而引发肺纤维化。实验证实大黄素通过恢复Parkin表达，改善线粒体质量控制，缓解SiC-NPs所致肺纤维化。
吴素芳|吴向龙|徐诺|李泽|杨东|张晨星|刘倩|黄晨|刘乐乐|胡彦欣|张干臣|刘云茹|徐进|顾爱华
中国南京医科大学公共卫生学院生殖医学与后代健康国家重点实验室，南京，211166
摘要
碳化硅纳米颗粒（SiC-NPs）是一类新兴的纳米材料，在工业和生物医学领域有着广泛的应用。然而，SiC-NPs的日益使用引发了人们对潜在生物安全问题的担忧。先前的研究表明，接触碳化硅与肺纤维化发病率的增加有关。不过，其背后的机制尚未得到充分阐明。在本研究中，我们利用THP-1来源的巨噬细胞（THP-M）进行体外实验，并使用C57BL/6小鼠进行体内分析，探讨了SiC-NPs在肺纤维化发展中的作用。研究发现，SiC-NPs的暴露会导致巨噬细胞产生活性氧（ROS）和线粒体损伤。这一系列事件会损害线粒体自噬功能，进而引发巨噬细胞凋亡，最终促进肺纤维化的发生。从机制上讲，SiC-NPs通过促进Parkin蛋白的泛素化降解来干扰线粒体自噬过程。此外，我们发现艾敏（emodin）可以通过恢复Parkin的表达来缓解SiC-NPs引起的肺纤维化。本研究为SiC-NPs对肺纤维化的有害作用及其机制提供了新的见解，并强调了艾敏的治疗潜力。
引言
碳化硅纳米颗粒（SiC-NPs）因其卓越的物理化学稳定性，在电子、先进陶瓷、磨料系统以及生物医学工程等领域成为重要的功能材料[1][2]。已有报道指出，接触碳化硅粉尘与肺纤维化的发生有关[3]。然而，这种关联背后的机制仍不甚明了。肺纤维化是一种进行性且致命的间质性肺疾病，其特征是肺泡结构的不可逆破坏和细胞外基质的病理性沉积[4][5]。肺纤维化的预后较差，诊断后的5年死亡率超过50%[6][7]。大量证据表明，碳颗粒暴露在肺纤维化的发病机制中起着重要作用[8][9][10][11]。
巨噬细胞，尤其是肺泡巨噬细胞，在碳颗粒诱导的肺纤维化发病机制中起着关键作用。碳颗粒被巨噬细胞识别并吞噬后，会通过产生活性氧（ROS）、分泌促纤维化细胞因子、破坏能量稳态、干扰自噬以及引发巨噬细胞凋亡等方式促进纤维化微环境的形成[12][13][14]。这些过程有助于成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，并促进细胞外基质的重塑[15][16]。因此，针对肺泡巨噬细胞可能是治疗肺纤维化的有效策略。
天然产物作为纤维化治疗的潜在候选药物受到了关注。艾敏是一种天然存在的蒽醌衍生物，因其对肺纤维化的潜在治疗效果而备受关注[17]。先前的研究表明，艾敏可以通过抑制炎症和凋亡来缓解博莱霉素引起的肺纤维化[18]。此外，艾敏还表现出对上皮-间充质转化的抑制作用[19]。最新研究强调了艾敏的显著抗炎特性及其在促进FUNDC1介导的线粒体自噬中的作用[20]。然而，艾敏缓解SiC-NPs引起的肺纤维化的潜力，尤其是在线粒体质量控制方面的作用，仍有待进一步研究。
在本研究中，我们建立了体内和体外SiC-NPs暴露模型，以系统评估其对肺纤维化的致病效应。同时，我们也探讨了艾敏在缓解SiC-NPs引起的肺纤维化方面的潜在作用。
SiC-NPs的物理化学特性
透射电子显微镜（TEM）：将SiC-NPs分散在乙醇中，通过超声处理15分钟，然后将所得悬浮液滴在碳涂层的铜网格上并风干后进行观察。图像使用JEM1200EX透射电子显微镜（JEOL有限公司，日本）获取。
扫描电子显微镜（SEM）和能量分散X射线光谱（EDS）：将SiC-NPs粉末样品撒在导电胶带上，并进行溅射镀膜处理
SiC-NPs的表征
利用透射电子显微镜（TEM，图S1A）和扫描电子显微镜（SEM，图S1B）观察了SiC-NPs的形态特征。能量分散X射线光谱（EDS）分析证实SiC-NPs纯度较高，主要成分是硅和碳（图S1C）。SiC-NPs的 hydrodynamic 直径约为66.48 ± 1.09纳米（图S1D）。
SiC-NPs暴露在小鼠体内诱发肺纤维化
SiC-NPs的暴露模型如图1A所示。计算机断层扫描（CT）成像显示，接受SiC-NPs处理的小鼠肺组织中出现了明显的纤维化改变
讨论
肺纤维化是一种进行性且致命的肺部疾病，可能由接触SiC-NPs引发。然而，其背后的机制尚未得到充分阐明。本研究证明，SiC-NPs的暴露会导致巨噬细胞产生活性氧（ROS）和线粒体损伤，进而阻断线粒体自噬并引发细胞凋亡，最终导致肺纤维化。从机制上来看，SiC-NPs通过促进Parkin蛋白的泛素化降解来干扰线粒体自噬过程。
结论
总之，本研究表明，SiC-NPs通过干扰巨噬细胞的线粒体自噬并引发细胞凋亡来诱发肺纤维化。艾敏可以通过稳定Parkin蛋白发挥保护作用，从而缓解这一病理过程。此外，我们发现巨噬细胞中Parkin介导的线粒体自噬途径的紊乱是SiC-NPs诱导肺纤维化的关键机制，这进一步凸显了艾敏作为治疗药物的潜力。
环境影响
碳化硅纳米颗粒（SiC-NPs）是一类新兴的纳米材料，在工业和生物医学领域有着广泛的应用。本研究证明，SiC-NPs的暴露会通过干扰Parkin介导的线粒体自噬在小鼠体内诱发肺纤维化。这种紊乱会进一步引发巨噬细胞凋亡，最终促进肺纤维化的发生。此外，我们发现艾敏治疗可以缓解SiC-NPs引起的肺纤维化资助
本研究得到了国家自然科学基金（82241085）、国家重点研发计划（2023YFC39005202）以及江苏省大学生创新创业培训计划的资助。
作者贡献声明
胡彦欣：方法学研究。张干臣：方法学研究。顾爱华：写作、审稿与编辑、监督、资源获取、资金申请。徐诺：方法学研究。李泽：方法学研究。刘云茹：监督。吴素芳：写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、软件使用、方法学研究、数据分析。徐进：写作、审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。吴向龙：方法学研究。刘倩：监督、方法学研究。黄利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
