Ferritinophagy Mediated by Oxidative Stress-Driven Mitochondrial Damage Is Involved in the Polystyrene Nanoparticles-Induced Ferroptosis of Lung Injury

氧化应激 毒性 自噬 吸入 化学 线粒体 纳米毒理学 细胞生物学 吸入染毒 医学 细胞凋亡 生物 生物化学 解剖 有机化学 内科学
作者
Sheng Yang,Tianyi Zhang,Yiling Ge,Yanping Cheng,Lihong Yin,Yuepu Pu,Zaozao Chen,Geyu Liang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (24): 24988-25004 被引量:106
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c07255
摘要

Nanoplastics are a common type of contaminant in the air. However, no investigations have focused on the toxic mechanism of lung injury induced by nanoplastic exposure. In the present study, polystyrene nanoplastics (PS-NPs) caused ferroptosis in lung epithelial cells, which could be alleviated by ferrostatin-1, deferoxamine, and N-acetylcysteine. Further investigation found that PS-NPs disturbed mitochondrial structure and function and triggered autophagy. Mechanistically, oxidative stress-derived mitochondrial damage contributed to ferroptosis, and autophagy-dependent ferritinophagy was a pivotal intermediate link, resulting in ferritin degradation and iron ion release. Furthermore, inhibition of ferroptosis using ferrostatin-1 alleviated pulmonary and systemic toxicity to reverse the mouse lung injury induced by PS-NPs inhalation. Most importantly, the lung-on-a-chip was further used to clarify the role of ferroptosis in the PS-NPs-induced lung injury by visualizing the ferroptosis, oxidative stress, and alveolar-capillary barrier dysfunction at the organ level. In summary, our study indicated that ferroptosis was an important mechanism for nanoplastics-induced lung injury through different lung cells, mouse inhalation models, and three-dimensional-based lung-on-a-chip, providing an insightful reference for pulmonary toxicity assessment of nanoplastics.
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