介紹

二氧化鎢（WO?）為棕褐色至青銅色的針狀或鱗片狀晶體，具有金屬光澤，屬于四方晶系；熔點約1550℃，高溫下易被氧化為三氧化鎢，不溶于水、乙醇和稀酸，可溶于濃氫氟酸、硝酸并分解；導(dǎo)電性良好，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，是重要的鎢氧化物功能材料。

圖一 二氧化鎢

吸入毒性

誘導(dǎo)肺部炎癥與細胞損傷

短期吸入暴露后，二氧化鎢納米顆粒以濃度依賴方式誘導(dǎo)肺部急性炎癥反應(yīng)：BALF中總細胞數(shù)較對照組增加約1.5倍，其中10mg/m3組中性粒細胞數(shù)量顯著升高116倍，淋巴細胞數(shù)量增加2倍，表明存在明顯的中性粒細胞性炎癥；10mg/m3組BALF總蛋白含量升高1.7倍，提示肺泡-毛細血管屏障完整性受損；LDH活性升高1.8倍，反映細胞膜完整性喪失；ALP活性升高21%，提示Ⅱ型肺泡上皮細胞損傷；10mg/m3組TNF-α水平升高2倍，HMGB1水平升高2.9倍，后者作為損傷相關(guān)分子模式（DAMP），是炎癥反應(yīng)放大的關(guān)鍵介質(zhì)。

肺部沉積與形態(tài)學(xué)改變

電鏡觀察證實，吸入的二氧化鎢納米顆?？缮钊敕螌嵸|(zhì)，沉積于支氣管、細支氣管、肺泡腔和肺泡間質(zhì)：大量納米顆粒被肺泡巨噬細胞吞噬，形成顆粒負載的巨噬細胞，細胞表面出現(xiàn)明顯的膜泡（blebbing），這是細胞凋亡和焦亡的典型形態(tài)學(xué)特征；氣道上皮細胞表面纖毛減少，出現(xiàn)大量膜泡；肺泡Ⅰ型和Ⅱ型上皮細胞內(nèi)均檢測到納米顆粒，Ⅱ型細胞的板層小體結(jié)構(gòu)異常；肺組織出現(xiàn)上皮細胞增生、間質(zhì)炎癥細胞浸潤和肺泡結(jié)構(gòu)紊亂，且損傷程度隨納米顆粒濃度升高而加重。

NLRP3炎癥小體通路的激活

兩個處理組肺組織中組織蛋白酶B的表達均升高約1.3倍，表明二氧化鎢納米顆粒被吞噬后導(dǎo)致溶酶體膜破裂，釋放溶酶體蛋白酶；硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）表達顯著升高2.85倍（5mg/m3組）和3.38倍（10mg/m3組），提示細胞內(nèi)活性氧（ROS）大量產(chǎn)生；NLRP3蛋白表達升高1.5倍（5mg/m3組，P<0.05）和1.7倍（10mg/m3組，P<0.01），銜接蛋白ASC表達升高2倍，表明NLRP3炎癥小體完成組裝；活化型caspase-1表達升高2.32倍，其下游底物IL-1β表達升高1.67倍（5mg/m3組）和2.26倍（10mg/m3組），證實炎癥小體已被完全激活。

毒性分子機制解析

吸入的二氧化鎢納米顆粒通過吞噬作用進入肺泡巨噬細胞和上皮細胞，形成吞噬體并與溶酶體融合。納米顆粒的物理化學(xué)特性導(dǎo)致溶酶體膜通透性增加，釋放組織蛋白酶B到細胞質(zhì)中。釋放的組織蛋白酶B可直接損傷線粒體，導(dǎo)致線粒體膜電位下降和ROS大量生成。同時，游離的納米顆粒也可直接與線粒體相互作用，加劇氧化應(yīng)激。ROS氧化硫氧還蛋白（TRX），使其與TXNIP解離。游離的TXNIP結(jié)合并激活NLRP3，誘導(dǎo)NLRP3發(fā)生寡聚化。活化的NLRP3招募ASC和pro-caspase-1，形成功能性NLRP3炎癥小體。pro-caspase-1在炎癥小體上發(fā)生自剪切，生成活化的caspase-1?；罨腸aspase-1一方面切割pro-IL-1β和pro-IL-18，生成成熟的促炎細胞因子并釋放到細胞外；另一方面誘導(dǎo)細胞發(fā)生焦亡，導(dǎo)致細胞內(nèi)容物（包括HMGB1、ATP等DAMP）釋放，進一步放大炎癥反應(yīng)，最終造成肺組織損傷[1]。

圖二 二氧化鎢的毒性機制

參考文獻

[1]Prajapati V M ,Adebolu O O ,Morrow M B , et al.Original Research: Evaluation of pulmonary response to inhaled tungsten (IV) oxide nanoparticles in golden Syrian hamsters[J].Experimental Biology and Medicine,2017,242(1):29-44.DOI:10.1177/1535370216665173.