Mechanistic Insights into Cadmium Sulfide Nanoparticles-Induced Digestive Gland Damage in Corbicula fluminea: Comparison with Cadmium Ions

河蚬 化学 毒性 硫化镉 自噬 金属毒性 生物物理学 环境化学 细胞生物学 生物化学 生物 细胞凋亡 无机化学 有机化学
作者
Kena Zhang,Quanzhi Xiao,Jianbo Jia,Yan Gao,Yanfei Zhou,Xiaoxia Zhou,Bing Yan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c01150
摘要

The extensive use of cadmium sulfide nanoparticles (CdS-NPs), along with their natural formation through the complex biogeochemical transformation of anthropogenic cadmium ions (Cd2+), poses substantial risks to ecosystems and human health. Despite this, the mechanisms underlying the toxicity of CdS-NPs remain unclear. A key question is whether their toxicity arises from the nanoparticulate form of cadmium (Cd) or from the release of Cd2+. To explore this, we exposed freshwater clams (Corbicula fluminea) to environmentally relevant concentrations (0.01–1 mg/L) of CdS-NPs or Cd2+ for 10 days. Hematoxylin and eosin (HE) staining revealed significant damage to the digestive gland in both cases. Although CdS-NPs released some Cd2+ (≤10.4%), transcriptomic and quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) analyses indicated different toxicity mechanisms. CdS-NPs primarily induce ferroptosis, triggered by lysosomal dysfunction that releases Fe2+ into the cytoplasm, disrupting the cellular iron metabolism. In contrast, Cd2+ primarily induces an autophagic response, as evidenced by the upregulation of autophagy-related markers and activation of apoptosis pathways linked to mitochondrial membrane permeabilization. Overall, our findings suggest that the toxicity of CdS-NPs is not solely derived from Cd2+, highlighting the need to evaluate the risks posed by metal sulfide nanoparticles to benthic ecosystems.
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