化学学院本科学生林锦茹和蒋颖近日以并列第一作者在环境科学与生态学一区顶级期刊Journal of Hazardous Materials（影响因子7.65）发表论文一篇，标题为Multi-walled
carbon nanotubes (MWCNTs) transformed THP-1 macrophages into foam cells: impact
of pulmonary surfactant component dipalmitoylphosphatidylcholine，化学学院曹毅老师和机械工程学院彭金峰老师为论文并列通讯作者，湘潭大学为第一单位。本论文受到国家自然科学基金青年项目和湖南省自然科学基金青年项目的资助。
随着纳米技术的发展，纳米材料经吸入所导致的生物效应受到环境科学领域的广泛关注。已经得到学术界公认的是，经过吸入暴露后，纳米材料将首先与肺表面活性物质成分发生相互作用，随后包裹了肺表面活性物质成分的纳米材料才会与肺相关细胞发生相互作用。之前的研究主要关注肺表面活性物质成分对纳米材料理化性质以及细胞内吞纳米材料的影响，而肺表面活性物质作为一种脂质，是否会对细胞脂质的平衡以及脂质代谢通路产生影响却研究得非常少。在本论文中，林锦茹与蒋颖两位同学分析了肺表面活性物质二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）对碳纳米管所致巨噬细胞脂滴形成以及内质网应激信号通路的影响。结果表明，DPPC可以覆盖到羟基化或者羧基化碳纳米管表面（图1），但对碳管的内吞和细胞毒性影响不大，这也与之前的研究报道一致。
图1：碳纳米管高分辨原子力显微镜图片。将羟基化（1A）或者羧基化碳管（1B）与DPPC孵育，碳管表面可以覆盖一层DPPC磷脂层，磷脂层厚度约为2-3纳米。
随后，论文作者分析了细胞脂质的变化情况。通过定量实验分析表明，碳纳米管的暴露能导致巨噬细胞脂质增加，细胞因子IL-6的释放，提示碳纳米管可能导致巨噬细胞向泡沫细胞的转化。DPPC的存在对巨噬细胞脂质总量的增加和IL-6的释放没有明显的影响。但脂质组研究结果表明，DPPC的存在对碳管暴露的巨噬细胞的脂质组成产生了明显影响，DPPC可能增强或者减弱碳管对某一类脂质的影响，而且这种效应与碳管的表面修饰相关，DPPC对羟基化修饰碳管与羧基化修饰碳管的相应并不完全相同（图2）。同时，与脂质代谢相关的内质网应激信号通路也受到了DPPC的调节作用。
图2：肺表面活性物质DPPC与碳管联合暴露对巨噬细胞脂质成分的影响。2A，DPPC的存在改变了羟基化碳管和羧基化碳管所致显著上调和显著下调的脂质分子的数量；2B，DPPC的存在可以增强或者减弱羟基化碳管所致脂质大类的变化；2C，DPPC的存在可以增强或者减弱羧基化碳管所致脂质大类的变化，这种效应与羟基化碳管有明显的不同（2B）。
本项研究总结如图3所示，DPPC作为一种磷脂，可以覆盖到碳纳米管表面，随后被内吞到巨噬细胞。尽管DPPC的存在对细胞脂质的总量并没有明显影响，但DPPC可能改变内质网应激信号通路，并最终导致巨噬细胞脂质组成的变化。课题组认为，除了关注肺表面活性物质对纳米材料理化性质和细胞相互作用的影响，也应该关注其对脂质代谢产生的影响。
图3：肺表面活性物质对碳管生物效应的影响的示意图。碳管表面可能覆盖一层DPPC磷脂层，随后包裹着DPPC磷脂层的碳管可被细胞内吞，通过内质网应激信号通路对细胞脂质代谢和脂质组成产生影响。
蒋颖同学2019年9月在山西太原参加第九届全国毒理学大会时候做过口头报告，汇报本项研究的进展，得到与会专家的好评，曹毅老师课题组获得最佳口头报告奖。林锦茹是化学学院2016级药学专业学生，蒋颖是化学学院2017级应用化学专业学生，她们都是化学学院曹毅老师课题组成员。2016年至今曹毅老师课题组本科生共计发表SCI论文29篇，获得广泛关注。
（论文全文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389420302740?via%3Dihub）
图4：蒋颖同学（右一）在全国毒理学大会上汇报本篇论文，曹毅老师（居中）代表课题组领取最佳口头报告奖。