综述:纳米颗粒诱导自噬紊乱的机制及其与铁死亡(ferroptosis)的交互作用

【字体: 时间:2025年09月19日 来源:Biomaterials Science 5.7

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  本综述系统探讨了纳米颗粒(NPs)如何通过干扰自噬(autophagy)关键蛋白、诱发细胞器与DNA损伤、以及导致溶酶体(lysosome)功能障碍等机制扰乱细胞自稳态,并深入阐释了自噬介导的铁死亡(ferroptosis)在多类人类疾病中的重要作用,为纳米生物医学技术的安全应用提供了关键理论依据。

  

纳米颗粒与细胞自噬的相互作用

随着纳米技术的迅速发展,纳米颗粒(Nanoparticles, NPs)——通常定义为至少一维尺寸在1至100纳米之间的颗粒材料——在生物医学等多个领域展现出广泛的应用前景。然而,纳米颗粒在介入生命系统时,可引发显著的生理扰动,尤其是对自噬(autophagy)这一关键细胞质量监控机制的干扰。自噬在维持细胞生理稳态中扮演双重角色,既支持细胞存活,亦参与细胞死亡进程。

纳米颗粒通过多种途径扰乱自噬过程。首先,其细胞黏附与内化过程可直接干扰自噬相关蛋白(autophagy-related proteins)的功能;其次,纳米颗粒诱发的细胞器损伤和DNA损伤能够激活自噬通路;此外,纳米颗粒的细胞内吞往往导致溶酶体(lysosome)功能障碍,进而引起自噬体(autophagosome)降解受阻。这些机制相互交织,共同促成自噬的紊乱状态。

自噬与铁死亡的密切关联

近年来的证据不断表明,自噬介导的铁死亡(ferroptosis)参与多种人类疾病的发生与发展。铁死亡是一种铁依赖性的、脂质过氧化驱动的细胞死亡形式,与自噬之间存在复杂的交互对话(crosstalk)。例如,自噬可通过降解铁蛋白(ferritin)或调控脂代谢酶等方式影响细胞内铁水平和脂质过氧化进程,从而诱发或抑制铁死亡。

纳米颗粒扰动自噬的同时,可能进一步打破细胞内氧化还原平衡,促进铁死亡的发生。这一过程不仅深化了我们对纳米毒理机制的理解,也为利用纳米材料定向诱导肿瘤细胞铁死亡提供了新思路。

生物医学应用与展望

本综述系统总结了当前关于纳米颗粒诱导自噬及其在触发铁死亡中作用的研究进展,特别聚焦于生物医学应用的相关发现。全面理解纳米颗粒如何调控自噬,以及自噬又如何进一步影响铁死亡,不仅对评估纳米材料生物安全性具有关键意义,也将显著推动基于纳米技术的疾病治疗策略的开发,例如在肿瘤治疗、神经退行性疾病干预等领域的应用。

通过对机制通路的深入剖析,研究者可更有针对性地设计纳米材料,以规避其毒性风险,或利用其特性开发新型治疗制剂,最终实现纳米生物技术的安全、高效应用。

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