荀佳雨，嚴(yán)俊霞，龔春梅

（1.中南大學(xué)湘雅公共衛(wèi)生學(xué)院，湖南 長沙 410000；2.深圳市慢性病防治中心，廣東 深圳 518020）

近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展成熟，納米材料也應(yīng)運(yùn)而生。納米材料，廣義上是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或以該尺度范圍的物質(zhì)為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的材料的總稱［1］。納米尺寸的物質(zhì)具有與宏觀物質(zhì)所迥異的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和量子限域效應(yīng)，因此，納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學(xué)和機(jī)械等性能。根據(jù)物理形態(tài)劃分，納米材料大致可分為納米顆粒（nanoparticle，NP）、納米纖維納米管〔（nanotube，NT）、納米線〕、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等5類［2］。

納米材料因其特殊的理化性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域，如服裝、電子產(chǎn)品、工藝用品、日用品和化妝品等［3-4］。納米材料良好的生物相容性和生物降解性使其在生物醫(yī)藥和食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也有所發(fā)展［5-7］。此外，燃燒的煤炭和石油及汽車尾氣也會產(chǎn)生NP污染物［8］。隨著生活中人們暴露于NP的機(jī)會增加，其生物安全問題受到了全世界的廣泛關(guān)注，相應(yīng)的安全性和生物學(xué)效應(yīng)的研究就非常有必要，繼而產(chǎn)生了納米毒理學(xué)學(xué)科。

納米毒性效應(yīng)是指NP在分子、細(xì)胞、組織、器官和有機(jī)體水平上所造成的不良生物學(xué)效應(yīng)。NP具有體積小比表面積大等獨(dú)特的性質(zhì)，能促進(jìn)反應(yīng)活性，但也易產(chǎn)生毒性［9］。金屬NP主要經(jīng)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞［10］，在細(xì)胞內(nèi)直接或經(jīng)代謝后間接損傷遺傳物質(zhì)，引起細(xì)胞DNA鏈斷裂，形成DNA加合物，擾亂細(xì)胞周期［11-13］，或?qū)е翫NA的氧化損傷［14］，還可造成基因突變和染色體畸變，使生殖器官和生殖細(xì)胞遺傳物質(zhì)受損，抑制胚胎生長和個體發(fā)育，引起胚胎畸形，甚至令細(xì)胞死亡或發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化，誘導(dǎo)嚴(yán)重的遺傳毒性效應(yīng)［15］。納米材料還可通過抑制線粒體的活性、破壞細(xì)胞膜完整性、改變細(xì)胞膜通透性及造成氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死，從而產(chǎn)生細(xì)胞毒性［16］，造成細(xì)胞損傷。此外，納米材料進(jìn)入細(xì)胞后，可刺激產(chǎn)生大量的促炎性因子和趨化因子，誘發(fā)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，引起免疫毒性［17］。

以往，納米材料毒性效應(yīng)研究多集中于細(xì)胞毒性和遺傳毒性效應(yīng)方面。近年來，越來越多的證據(jù)表明，納米材料可以引起表觀遺傳學(xué)效應(yīng)的改變，相關(guān)的研究也逐漸增多。2017年，Wong等［18］對已發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充更新，包括納米材料對DNA甲基化和羥甲基化水平的影響、組蛋白修飾和微RNA（microRNA，miRNA，miR）表達(dá)水平調(diào)控等，以對此方面的研究進(jìn)展進(jìn)行更新，為相關(guān)的研究提供參考。

1 納米材料表觀遺傳學(xué)效應(yīng)的體外實驗研究

1.1 納米材料介導(dǎo)的DNA甲基化改變

DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNA methylation transferase，DNMT）的作用下，基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳原子共價鍵結(jié)合一個甲基基團(tuán)形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）的過程［19］。DNA羥甲基化是指在10-11易位（ten-eleven translocation，TET）家族蛋白的作用下，5-mC上增加一個羥基形成5-羥甲基胞嘧啶的過程。DNA甲基化改變在調(diào)控基因表達(dá)、維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因印記、X染色體失活以及胚胎發(fā)育等生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用［20］。DNA甲基化作為一種可遺傳的修飾方式，為非編碼DNA的長期沉默提供了一種有效的抑制機(jī)制。DNA復(fù)制后胞嘧啶的甲基化會改變DNA的構(gòu)象，使DNA的大溝無法與DNA結(jié)合蛋白正常結(jié)合，從而使這些非編碼區(qū)長期保持無表達(dá)活性的狀態(tài)［19］。

1.1.1 納米材料的種類對DNA甲基化的影響

納米材料種類不同，對DNA甲基化的影響不同（表1）。納米銀可使肺腺癌A549細(xì)胞基因組整體甲基化水平升高［21］。氧化鋅納米顆粒（zinc oxidenanoparticle，ZnO2-NP）處理人胚腎HEK-293細(xì)胞后，可降低基因組整體甲基化水平［22］；氧化鈦納米顆粒（titanium oxide-nanoparticle，TiO2-NP）可顯著降低人支氣管上皮16 HBE細(xì)胞基因組整體甲基化水平［23］，晶體二氧化硅納米顆粒（silicon dioxidenanoparticle，SiO2-NP）可降低Bhas 42細(xì)胞（將v-Ha-ras基因?qū)胄∈笈叱衫w維細(xì)胞中而建成的細(xì)胞系）基因組整體甲基化水平［24］，非晶體SiO2-NP可引起人皮膚表皮HaCaT細(xì)胞基因組整體甲基化程度降低，且呈濃度依賴性［25］。但有些納米材料對基因組整體甲基化水平并無顯著影響。有研究發(fā)現(xiàn)，用碳納米管（carbon nanotube，CNT）處理人單核細(xì)胞白血病THP-1細(xì)胞和16 HBE細(xì)胞，其基因組整體甲基化水平無明顯變化［26-27］，BONADIO等［28］用磁鐵礦納米顆粒（magnetite nanoparticle，MNP）處理人乳腺癌MCF-7細(xì)胞后，基因組整體甲基化水平未受到影響。

表1 不同納米材料對基因組甲基化影響的體外實驗

有些納米材料雖對基因組整體甲基化水平無明顯影響，但其可影響特異基因甲基化水平（表1）。CNT處理16 HBE細(xì)胞后，組蛋白脫乙酰酶4基因（histone deacetylase 4，HDAC4）、絲裂原激活蛋白激酶10基因（mitogen-activated protein kinase kinase kinase 10，MAP3K10）、磷酸肌醇3激酶調(diào)控亞單位2基因（phosphoinositide-3-kinase regulatory subunit 2，PIK3R2）、肌球蛋白-1C基因（myosin-1C，MYO1C）和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A基因（cyclin dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A）均出現(xiàn)低甲基化，AT區(qū)域的核蛋白基因/ATM絲氨酸/蘇氨酸激酶基因（nuclear protein in the AT region/ATM serine/threonine kinase，NPAT/ATM）、DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶1基因（DNA methyltransferase 1，DNMT1）和TNF受體相關(guān)因子2基因（TNF receptor associated factor 2，TRAF2）表現(xiàn)為高甲基化［27，29］。同樣，經(jīng)MNP處理的MCF-7中，有58個基因相關(guān)區(qū)域存在DNA甲基化水平的改變，包括癌癥相關(guān)的一些基因［28］。SiO2-NP可使HaCaT細(xì)胞中PARP-1基因啟動子區(qū)CpG島的甲基化程度升高來降低表達(dá)水平［30］，細(xì)胞中p53基因表達(dá)上調(diào)卻未發(fā)現(xiàn)與其啟動子區(qū)CpG島的甲基化水平的關(guān)系［31］。

納米材料的種類對DNA甲基化酶也有影響（表1）。ZnO2-NP可使HEK-293細(xì)胞中所有DNMT蛋白水平輕微下調(diào)，使TET家族的TET1和TET2水平升高［22］；晶體 SiO2-NP 使 Bhas 42細(xì)胞的DNMT3a和DNMT3b蛋白水平升高［24］；納米銀可使小鼠海馬神經(jīng)元HT22細(xì)胞中DNMT1，DNMT3a和DNMT3b蛋白水平升高［32］。非晶體SiO2-NP處理的HaCaT細(xì)胞中，DNMT1，DNMT3a和甲基磷酸胞苷酰鳥苷結(jié)合蛋白2基因（methyl-CpG binding domain protein 2，MBD2）表達(dá)下調(diào)，DNMT的酶活性降低，且呈濃度依賴關(guān)系［25］。

1.1.2 納米材料的性質(zhì)對DNA甲基化的影響

同種納米材料不同性質(zhì)，如存在形式和形態(tài)等，對DNA甲基化水平的影響不同（表2）。CNT的存在形式有多壁碳納米管（multiwalled carbon nanotube，MWCNT）和 單 壁 碳納 米管（single walled carbon nanotube，SWCNT）2種。研究顯示，MWCNT比SWCNT更易引起基因甲基化水平的改變，包括基因組整體甲基化［26］和特異基因甲基化的改變［29，33］。SEIDEL 等［24］在非細(xì)胞毒性濃度下，用結(jié)晶型和非結(jié)晶型2種形態(tài)的SiO2-NP處理Bhas 42細(xì)胞，結(jié)晶型SiO2-NP可導(dǎo)致基因組整體甲基化水平降低，DNMT3a和DNMT3b水平升高，這可能是由于DNMT水平的升高只是介導(dǎo)了特定位點甲基化水平的升高；而非結(jié)晶型SiO2-NP對基因組整體甲基化水平和DNMT水平均無影響。

1.1.3 納米材料的濃度對DNA甲基化的影響

一些研究表明，DNA甲基化水平會受到納米材料濃度的影響（表2）。BLANCO等［21］分別用納米銀100和200 mg·L-1處理A549細(xì)胞后，基因組整體甲基化水平升高，且高濃度組的甲基化水平更高。CHOUDHURY等［22］用ZnO2-NP 25和50 mg·L-1處理HEK-293細(xì)胞，基因組整體甲基化水平降低，且呈濃度依賴性。EMERCE等［29］用MWCNT 25和100mg·L-1處理16 HBE細(xì)胞后，呈現(xiàn)明顯濃度依賴性的基因組整體低甲基化和RNA腺苷低甲基化。WMCNT處理人正常肺上皮BEAS-2B細(xì)胞后，有453個基因相關(guān)的755個CpG位點甲基化水平改變，多表現(xiàn)為低甲基化，且呈濃度和暴露時間效應(yīng)，高濃度長時間暴露所致甲基化水平降低更明顯［34］。然而，有些研究表明，NP濃度和DNA甲基化水平無明顯關(guān)聯(lián)。ONER等［26］分別用CNT 25和100 mg·L-1處理THP-1細(xì)胞，兩濃度所致基因組整體甲基化水平均無明顯變化，GHOSH等［23］用TiO2-NP 3.25，12.5和25 mg·L-1處理16 HBE細(xì)胞，結(jié)果與ONER相同。不同濃度的TiO2-NP處理BEAS-2B細(xì)胞后，有22個特異基因CpG位點甲基化水平發(fā)生改變，但不受濃度和暴露時間的影響［34］。

1.2 納米材料介導(dǎo)的組蛋白修飾

組蛋白修飾是指組蛋白在相關(guān)酶作用下發(fā)生甲基化、乙?；⒘姿峄?、腺苷酸化、泛素化和ADP核糖基化等修飾的過程［35］。組蛋白是真核生物染色質(zhì)中主要的蛋白成分，包括H1，H2A，H2B，H3和H4 5種類型。約146bp的DNA通過左旋的方式環(huán)繞由分子H2A-H2B二聚體和H3-H4四聚體組成的核心顆粒1.75圈，形成輔助DNA折疊［36-37］。DNA折疊的緊密性依賴于組蛋白的氨基（N）端的幾種修飾，這些修飾從核小體中伸出，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄。迄今報道的與納米材料表觀遺傳學(xué)效應(yīng)相關(guān)的組蛋白修飾有乙酰化、甲基化和磷酸化。納米材料介導(dǎo)的組蛋白修飾最常見的是組蛋白乙?；唇M蛋白賴氨酸殘基上添加或去掉1個乙?；倪^程，由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙?；D(zhuǎn)移酶（histone deacetyl transferase，HDAC）催化［38］。組蛋白的乙酰化修飾，對染色質(zhì)重塑和基因表達(dá)具有重要作用。組蛋白乙?；?，DNA與蛋白質(zhì)相互作用減弱，DNA更易被解離，最終上調(diào)基因表達(dá)；反之，組蛋白去乙?；蓪?dǎo)致DNA的轉(zhuǎn)錄抑制［38］。

表2 納米材料的性質(zhì)及處理條件對DNA甲基化影響的體外實驗

1.2.1 納米材料介導(dǎo)的組蛋白去乙?；饔?/p>

研究表明，NP可使組蛋白H3去乙?；ū?）。BLANCO等［21］研究發(fā)現(xiàn)，高濃度納米銀可誘導(dǎo)A549細(xì)胞中組蛋白H3去乙?；涂偨M蛋白H3水平升高，且組蛋白去乙?；殡S著DNA甲基化的發(fā)生，此外，該研究還發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變和細(xì)胞形態(tài)學(xué)的變化可能與組蛋白去乙?；嚓P(guān)。納米金可使MCF-7細(xì)胞中H3去乙?；?9］。納米材料對HDAC基因表達(dá)水平也有影響。納米銅處理的A549細(xì)胞中HDAC蛋白水平明顯下降，納米銅對HDAC的抑制程度和HDAC抑制劑效果相當(dāng)，即納米銅可以作為HDAC的抑制劑［40］。目前，抑制HDAC的活性已廣泛應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞增殖的調(diào)控，可作為腫瘤治療的一個新靶點［41］。

1.2.2 納米材料介導(dǎo)的組蛋白磷酸化作用

除了乙?；{米材料還可介導(dǎo)組蛋白H3（Ser10）磷酸化修飾磷酸組蛋白H3（Ser10）〔phospho-histone H3（Ser10），p-H3S10〕（表3）。研究發(fā)現(xiàn)，納米銀處理A549細(xì)胞會產(chǎn)生p-H3S10，可能是由于細(xì)胞內(nèi)的納米銀釋放銀離子，改變肌動蛋白絲動力學(xué)，這種變化激活了aurora激酶，誘導(dǎo)了不依賴于細(xì)胞周期的p-H3S10的產(chǎn)生［42］。另有研究發(fā)現(xiàn)，納米銀誘導(dǎo)的p-H3S10早期形成是通過活化MAPK通路，尤其是Jun的氨基末端蛋白激酶和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶通路發(fā)生的。晚期納米銀誘導(dǎo)的p-H3S10的形成是通過激活整個MAPK級聯(lián)發(fā)生的［43］，說明NP介導(dǎo)的p-H3S10有多個生物學(xué)通路參與。

表3 納米材料介導(dǎo)的組蛋白去乙?；饔玫捏w外實驗

1.2.3 納米材料性質(zhì)對組蛋白修飾作用的影響

組蛋白修飾的方式與納米材料性質(zhì)也有關(guān)系。帶有不同電荷或不同存在狀態(tài)的NP會產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)方式（表3）。SURAPANENI等［39］用納米金與檸檬酸和半胱氨酸結(jié)合，使其分別帶正電荷和負(fù)電荷，帶負(fù)電荷的納米金使MAPK磷酸酶1基因（MAPK phosphatase 1，MKP-1）基因表達(dá)上調(diào)、使組蛋白H3 Ser10和K9/K14殘基處去磷酸化和去乙?；?，從而延緩細(xì)胞死亡過程。而帶正電荷的納米金使MKP-1表達(dá)下調(diào)、組蛋白H3 Ser10和K9/K14殘基處磷酸化和乙?；瑥亩涌旒?xì)胞破壞。納米材料不同存在狀態(tài)（晶體，非晶體）對組蛋白修飾作用也不同，晶體狀態(tài)更易導(dǎo)致組蛋白酶水平的改變［24］。

1.3 納米材料介導(dǎo)的miRNA表達(dá)的改變

miRNA是一類單鏈內(nèi)源性非編碼小分子RNA，它可通過對mRNA進(jìn)行降解或切割，從而抑制被調(diào)控基因的表達(dá)，減弱或消除下游基因的功能［44］。miRNA可參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡等過程，與細(xì)胞分化、腫瘤發(fā)生和機(jī)體防御作用密切相關(guān)［45-46］。隨著表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)的成熟，納米材料對miRNA表達(dá)水平調(diào)控的研究也逐漸增多。

1.3.1 納米材料的種類對miRNA表達(dá)的影響

已有多項研究報道了納米材料對miRNA調(diào)控的影響。納米材料和實驗對象不同，受影響的miRNA和表達(dá)調(diào)控情況也不同（表4）。人肝癌HepG2細(xì)胞為實驗對象時，納米銀的處理使miR-122-5p，miR-449a，miR-656-3p和miR-34a-5p表達(dá)水平下調(diào)，miR-1-3p和miR-212-3p上調(diào)；納米金的處理使miR-449a和miR-491a-5p下調(diào)，miR-15-3p和 miR-1258b-3p 上調(diào)［47］；超順磁性氧化鐵 NP（superparamagnetic iron oxide nanoparticle，SPION）使細(xì)胞中miR-491-5p下調(diào)，miR-1-3p上調(diào)［47］。納米金處理A549細(xì)胞后，智人發(fā)夾微小RNA-2116前體（precursor hairpin_Homo sapiens-microRNA，hp_hsa-miR-2116），hp_hsa-miR-502_x，hsamiR-342-3p，hp_hsa-miR-149，hsa-miR-93，hsamiR-149，hsa-miR-744，hsa-miR-34c-3p，hsamiR-423-3p，hp_hsa-miR-501，hsa-miR-1180 和hsa-miR-130下調(diào)，hsa-miR-198，hsa-miR-548a-3p，hsa-miR-606，hsa-miR-570和hp_hsa-miR-548i-4上調(diào)［48］。四氧化三鈷NP（cobalt oxide nanoparticles，Co3O4-NP）和TiO2-NP使A549細(xì)胞中自噬相關(guān)的miRNA表達(dá)發(fā)生變化［49］。經(jīng)MWCNT染毒的人胸膜間皮MeT-5A細(xì)胞和人胸膜間皮瘤細(xì)胞中，hsamiR-155表達(dá)上調(diào)，hsa-miR-28-5p，hsa-miR-30d-5p，hsa-miR-34c-5p和hsa-miR-324-5p表達(dá)下調(diào)［50］。小鼠精母細(xì)胞經(jīng)SiO2-NP處理后，有15個miRNA差異表達(dá)，包括5個上調(diào)和10個下調(diào)的miRNA［51］。

也有不同納米材料介導(dǎo)相同miRNA差異表達(dá)，如在HepG2細(xì)胞中，暴露于納米金和納米銀后miR-499-a均表現(xiàn)為下調(diào)，暴露于納米金和SPION后，miR-491-5-p均表現(xiàn)為下調(diào)；暴露于納米銀和SPION后，miR-1-3p均表現(xiàn)為上調(diào)［47］。

1.3.2 納米材料性質(zhì)對miRNA表達(dá)的影響

納米材料的粒徑，帶電等對miRNA表達(dá)水平也有影響（表5）。不同大小的納米材料引起的miRNA表達(dá)水平改變不同。Huang等［52］分別用5，20，50，100和200 nm納米銀處理人真皮成纖維細(xì)胞后，5 nm組的miRNA差異表達(dá)倍數(shù)最大，然后依次是200，100和50 nm組，而20nm組miRNA表達(dá)譜所受影響最小。納米材料表面電荷不同對miRNA表達(dá)譜的影響不同，Choi等［48］分別用枸櫞酸鹽和殼聚糖修飾納米金使其帶正電或負(fù)電同時處理A549細(xì)胞，帶正電的納米金比帶負(fù)電更易導(dǎo)致miRNA的差異表達(dá)。以合金形式存在的鎳鈦合金納米管處理人原代冠狀動脈內(nèi)皮HCAEC細(xì)胞，也出現(xiàn)了miRNA表達(dá)水平的異常，包括21個上調(diào)和4個下調(diào)miRNA，其功能主要與調(diào)控肌動蛋白細(xì)胞骨架、Notch和磷脂酰肌醇等重要信號通路有關(guān)［53］。

1.3.3 納米材料處理時間和濃度對miRNA表達(dá)的影響

納米材料處理時間對miRNA表達(dá)水平也有影響（表5）。YANG等［54］用SiO2-NP處理16 HBE細(xì)胞，培養(yǎng)至第10代和第30代進(jìn)行微陣列雜交檢測，結(jié)果顯示，細(xì)胞中25個miRNA上調(diào)，3個miRNA下調(diào)，且30代比10代細(xì)胞中miRNA表達(dá)差異更明顯，即miRNA差異表達(dá)具有時間依賴性，差異表達(dá)miRNA中，miR-494下調(diào)最為明顯，但相同條件下SiO2-NP短期染毒使miR-494表達(dá)上調(diào)，這可能與miR-494-3p在SiO2-NP致細(xì)胞急性損傷和慢性損傷中發(fā)揮著不同的作用有關(guān)。此外，有研究表明，MWCNT對A549細(xì)胞中miR-1的表達(dá)有抑制作用，且隨著時間的增加，miR-1的表達(dá)水平逐漸降低，具有時間依賴性［55］。YIN等［50］在MWCNT對MeT-5A miRNA表達(dá)影響研究中也發(fā)現(xiàn)了miRNA差異表達(dá)程度和處理時間存在著相關(guān)關(guān)系。

納米材料的濃度對miRNA表達(dá)譜也有影響（表5）。YANG等［54］用SiO2-NP 5，10和20 mg·L-1處理16 HBE細(xì)胞，進(jìn)行短期染毒實驗發(fā)現(xiàn)，隨著暴露濃度的增加，miR-494-3p表達(dá)水平呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，有濃度依賴性。

表4 納米材料的種類對miRNA表達(dá)影響的體外實驗

2 納米材料表觀遺傳學(xué)效應(yīng)的在體實驗研究

2.1 納米材料介導(dǎo)的DNA甲基化改變

2.1.1 以人為研究對象

納米材料的暴露可使人體血液中全基因組甲基化及特異基因甲基化水平發(fā)生改變，且存在劑量依賴性（表6）。LIOU等［56］對暴露于納米材料工人血液中的基因組甲基化進(jìn)行了評估，包括TiO2-NP，SiO2-NP和氧化銦錫（indium tin oxide，ITO）暴露工人，在未調(diào)整年齡性別等混雜因素前，納米材料暴露組的基因組整體甲基化水平均降低，根據(jù)納米材料分層比較后，結(jié)果與未分層相同，調(diào)整混雜后，僅ITO組甲基化水平降低。GHOSH等［57］分別對MWCNT工廠中未暴露及暴露于低（1 μg·m-3）、中（7 μg·m-3）、高（45 μg·m-3）3種濃度梯度MWCNT工作環(huán)境中的工人進(jìn)行血樣采集檢測。結(jié)果顯示，暴露組的基因組整體甲基化水平與對照組相比無明顯差異，但暴露組存在特異基因甲基化水平的改變，且不同暴露濃度組中基因CpG甲基化位點也不同。低劑量組的DNMT1-CpG1，CpG5，HDAC4-CpG7，SKI原癌基因（SKI proto-oncogene，SKI）-CpG3和CpG5位點，中劑量組的DNMT1-CpG1，CpG2，CpG5，HDAC4-CpG7，SKI-CpG3和CpG5位點及高劑量組DNMT1-CpG1，CpG5，HDAC4-CpG2，SKI-CpG3和CpG5位點發(fā)生了甲基化水平的改變。

2.1.2 以動物為研究對象

納米材料介導(dǎo)的甲基化作用在體研究對象包括大鼠、小鼠和斑馬魚。除與體外實驗結(jié)果相似外，還發(fā)現(xiàn)了納米材料所致甲基化水平改變具有可逆性和組織特異性，對幼齡大小鼠的效應(yīng)更強(qiáng)。

OGNIK 等［58］將 3.25和6.5 mg·kg-1的CuCO3和納米銅混入飼料，以不加銅的礦物質(zhì)混合物為對照，喂養(yǎng)大鼠4周后，檢測血液中DNA甲基化水平變化。結(jié)果顯示，與不加銅飼料組相比，CuCO3和納米銅均降低基因組整體甲基化水平，納米銅對甲基化水平的降低作用比微米級的CuCO3更顯著；當(dāng)減少大鼠銅的攝入，甲基化水平升高，即納米銅所致DNA甲基化水平的改變作用具有可逆性。有研究有相同結(jié)果，納米銀具有類似于DNA高甲基化劑的作用，其可誘導(dǎo)HT22中5-mC和DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT1，DNMT3a及DNMT3b蛋白的水平增加，而去除納米銀暴露后，這3種蛋白水平的增加程度均有所下降［32］。納米材料對基因組整體甲基化水平的影響具有可逆性，可能是通過可逆調(diào)節(jié)DNMT蛋白水平實現(xiàn)的（表7）。

表5 納米材料的性質(zhì)和處理條件對miRNA表達(dá)影響的體外實驗

同一納米材料的處理條件和不同性質(zhì)等對有機(jī)體DNA甲基化水平也有不同的影響。納米材料與DNA甲基化水平調(diào)節(jié)之間存在劑量反應(yīng)關(guān)系，且具有組織特異性（表7）。Lu等［59］對健康雄性大鼠鼻腔灌注SiO2-NP 10，20和30 mg·kg-1，檢測睪丸組織中基因組整體甲基化水平，較之空白對照組，隨劑量的增加，暴露組基因組整體甲基化水平不斷下降，尤其是在30 mg·kg-1組中，DNA甲基化水平下降到對照組的78.9%。OGNIK等［58］發(fā)現(xiàn)，高劑量組納米銅所致大鼠血液中DNA甲基化降低程度高于低劑量組，存在劑量依賴性。經(jīng)納米金灌胃的雄性小鼠肺組織中基因組整體甲基化水平并無明顯變化，但可誘導(dǎo)特異基因啟動子甲基化水平的改變，且呈劑量效應(yīng)和尺寸效應(yīng)［60］。HU等［61］用納米石墨烯量子點（nano-graphene quantum dot，GQD）2，10和50 mg·L-1處理斑馬魚，發(fā)現(xiàn)其肝、小腸和腮組織中基因組整體甲基化水平上升，且劑量越高，甲基化越明顯。此外，還發(fā)現(xiàn)，GQD所致斑馬魚甲基化水平變化具有組織特異性，低劑量下多蓄積于小腸，劑量升高時，肝組織中甲基化水平升高；GQD表面化學(xué)修飾對基因組甲基化水平也有影響，NH2修飾的GQD和還原GQD能迅速增加小腸組織基因組整體甲基化水平，還原GQD比OH和NH2修飾的GQD更易引起肝組織基因組高甲基化，且這些影響不具有可逆性。

表6 納米材料暴露對人體基因甲基化的影響

納米材料對不同年齡組小鼠DNA甲基化水平的影響也不同，幼齡小鼠更易受到納米材料的影響（表7）。有研究結(jié)果顯示，分別對5周齡（幼齡）和10周齡（成年）小鼠，經(jīng)鼻吸入TiO2-NP 20 mg·kg-130 d，只在5周齡組的肺組織中檢測到了基因組整體甲基化和羥甲基化水平的降低，腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）基因和胸腺細(xì)胞抗原1基因（thymus cell antigen 1，Thy-1）的啟動子出現(xiàn)甲基化，與10周齡組相比，5周齡組小鼠肺炎和肺纖維化程度更為嚴(yán)重，可能與TNF-α和Thy-1啟動子甲基化調(diào)節(jié)與炎癥反應(yīng)和肺纖維化過程有關(guān)［62］。

2.2 納米材料介導(dǎo)的miRNA表達(dá)的改變

不同劑量和處理時間的SiO2-NP暴露對雄性SD大鼠miRNA表達(dá)的影響不同（表8）。YANG等［63-64］對大鼠鼻腔灌注SiO2-NP 6.25，12.5和25 g·L-1以后，每濃度組均飼養(yǎng)至7，15，30，60和90 d，發(fā)現(xiàn)，隨劑量和暴露時間的增多，大鼠肺組織中表達(dá)上調(diào)的miRNA總數(shù)量呈下降趨勢，表達(dá)下調(diào)的miRNA總數(shù)量呈上升趨勢［64］。肺損傷早期（7，15和30 d）的miRNA差異表達(dá)數(shù)量無明顯時間規(guī)律，肺損傷晚期（60和90 d）的miRNA差異表達(dá)數(shù)量隨時間的增加而增加。SiO2-NP引起肺損傷早期的差異共表達(dá)miRNA分別為大鼠微RNA-208（Rattus norvegicus-microRNA，rno-miR-208）和rno-miR-212上調(diào)，而肺損傷晚期的差異共表達(dá)miRNA為rno-miR-18a上調(diào)，其靶基因主要與調(diào)控肺發(fā)育不良、MAPK和腫瘤生長因子信號通路有關(guān)［63-64］。

3 結(jié)語

近年來，納米材料的表觀遺傳學(xué)效應(yīng)越來越受到關(guān)注，相關(guān)的研究主要包括了DNA甲基化及羥甲基化改變、組蛋白修飾和miRNA表達(dá)等。本文在Wong等［18］發(fā)表綜述的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充，總結(jié)了不同種類的納米材料介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)效應(yīng)，納米材料的性質(zhì)，如大小、形狀、濃度和暴露時間等對表觀遺傳學(xué)的影響。然而，有些研究表明，NP的不同濃度等對表觀遺傳學(xué)影響的結(jié)果并不一致，納米材料所致DNA甲基化及DMNT水平異常改變是否可逆，研究結(jié)果也存在爭議，需要進(jìn)一步驗證。雖有研究已報道了NP對組蛋白修飾的作用，但多為組蛋白乙?；傲姿峄?，其他甲基化、泛素化和去乙?；热杂写芯?。對于非編碼RNA的表達(dá)，miRNA研究較多，但每個研究多集中于幾個miRNA，結(jié)果異質(zhì)性大，其他長鏈非編碼RNA，循環(huán)RNA的研究仍為空白。此外，對于納米材料介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)效應(yīng)是否具有可遺傳性，仍有待研究。

表7 納米材料介導(dǎo)的基因組甲基化作用的在體實驗

表8 納米材料對miRNA表達(dá)影響的在體實驗