Toxic effects of nanoplastics with different sizes and surface charges on epithelial-to-mesenchymal transition in A549 cells and the potential toxicological mechanism

A549电池 氮氧化物4 内质网 细胞生物学 上皮-间质转换 化学 细胞凋亡 活性氧 未折叠蛋白反应 炎症 氧化应激 生物物理学 NADPH氧化酶 生物化学 下调和上调 生物 免疫学 基因
作者
Gulinare Halimu,Qianru Zhang,Li Liu,Zhichun Zhang,Xiujuan Wang,Wu Gu,Bowen Zhang,Yumeng Dai,Huiwen Zhang,Chenggang Zhang,Mingkai Xu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:430: 128485-128485 被引量:201
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.128485
摘要

As a newly emerging hazardous material, airborne nanoplastics are easily inhaled and accumulated in human and animal alveoli. We previously found that polystyrene nanoplastics (PS-NPs) induced apoptosis and inflammation of human alveolar epithelial A549 cells, implying they increase the risk of pulmonary fibrosis. In this study, we investigated whether PS-NPs induce epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), the prelude to lung fibrosis, in A549 cells. A549 cells treated with PS-NPs of different sizes and surface charges exhibited increased migration and EMT markers accompanied with up-regulation of reactive oxygen species (ROS) and NADPH oxidase 4 (NOX4), an ROS generator located in the mitochondria and endoplasmic reticulum (ER). Moreover, PS-NPs caused mitochondrial dysfunction as demonstrated by membrane potential changes and impaired cellular energy metabolism. PS-NPs also activated ER stress as indicated by the up-regulated ER stress markers. As expected, smaller PS-NPs with a positive surface charge had stronger effects. Furthermore, the effects of PS-NPs on A549 cells were reversed by NOX4 gene knock-down, which verified the involvement of NOX4. Our results suggest that PS-NPs induce EMT in A549 cells through multiple mechanisms, and NOX4 is a key mediator in this process. Our findings contribute to understanding the toxicological mechanisms of nanoplastics on the respiratory system.
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