銀ナノ粒子によるARPE-19細胞のアポトーシスは、NOX4依存性活性酸素生成の抑制を介して事前感染によって抑制される

Silver Nanoparticle-Induced Apoptosis in ARPE-19 Cells Is Inhibited by Pre-Infection Through Suppression of NOX4-Dependent ROS Generation.

• Juan-Hua Quan
• Fei Fei Gao
• Hassan Ahmed Hassan Ahmed Ismail
• Jae-Min Yuk
• Guang-Ho Cha
• Jia-Qi Chu
• Young-Ha Lee

抄録

目的:

外部および内部の刺激は網膜に容易に影響を与える。研究では、感染した細胞が複数のアポトーシス誘導因子に対して耐性を持つことが示されている。ナノ粒子（NP）は生物医学の分野で広く利用されているが、網膜におけるNPによる細胞毒性や、ナノ毒性を抑制する調節因子についてはほとんど知られていない。

Purpose: External and internal stimuli easily affect the retina. Studies have shown that cells infected with are resistant to multiple inducers of apoptosis. Nanoparticles (NPs) have been widely used in biomedical fields; however, little is known about cytotoxicity caused by NPs in the retina and the modulators that inhibit nanotoxicity.

材料と方法:

ヒト網膜色素上皮から得た ARPE-19 細胞を銀ナノ粒子（AgNPs）単独または銀ナノ粒子との併用で処理し、細胞毒性、アポトーシス、細胞周期解析を行った。その後、細胞毒性、アポトーシス、細胞周期解析、オートファジー、ROS 生成、NOX4 発現、MAPK/mTOR シグナル経路を調べた。また、ARPE-19細胞におけるAgNP誘発細胞毒性と感染による調節効果を確認するために、ヒト包皮線維芽細胞（HFF）とNOX4マウスの骨髄由来マクロファージ（BMDM）を用いて、ARPE-19細胞で行った主要な実験を再度行った。

Materials and Methods: ARPE-19 cells from human retinal pigment epithelium were treated with silver nanoparticles (AgNPs) alone or in combination with . Then, the cellular toxicity, apoptosis, cell cycle analysis, autophagy, ROS generation, NOX4 expression, and MAPK/mTOR signaling pathways were investigated. To confirm the AgNP-induced cytotoxicity in ARPE-19 cells and its modulatory effects caused by infection, the major experiments carried out in ARPE-19 cells were performed again using human foreskin fibroblast (HFF) cells and bone marrow-derived macrophages (BMDMs) from NOX4 mice.

結果:

銀ナノ粒子は、ARPE-19細胞において用量依存的に細胞毒性と細胞死を誘導した。AgNPを投与した細胞では、アポトーシス、サブG1期細胞蓄積、オートファジー、JNKのリン酸化、ミトコンドリアのアポトーシス、例えばカスパーゼ-3やPARPの切断、ミトコンドリア膜電位の脱分極、サイトゾルへのチトクロムcの放出が観察された。また、AgNP処理は、Bax、Bik、Bimタンパク質のレベルを増加させ、NOX4依存性の活性酸素の発生も増加させた。しかし、-感染したARPE-19細胞は、AgNP誘発アポトーシス、JNKリン酸化、サブG1期細胞蓄積、オートファジー、NOX4介在性ROS産生、およびミトコンドリアのアポトーシスを抑制した。さらに、AgNP処理したHFF細胞およびBMDMsではミトコンドリアのアポトーシスが認められ、感染前のHFF細胞およびBMDMsではNOX4依存性のROS抑制を介したAgNP誘発ミトコンドリアのアポトーシス抑制が確認された。

Results: AgNPs dose-dependently induced cytotoxicity and cell death in ARPE-19 cells. Apoptosis, sub-G1 phase cell accumulation, autophagy, JNK phosphorylation, and mitochondrial apoptotic features, such as caspase-3 and PARP cleavages, mitochondrial membrane potential depolarization, and cytochrome c release into the cytosol were observed in AgNP-treated cells. AgNP treatment also increased the Bax, Bik, and Bim protein levels as well as NOX4-dependent ROS generation. However, -infected ARPE-19 cells inhibited AgNP-induced apoptosis, JNK phosphorylation, sub-G1 phase cell accumulation, autophagy, NOX4-mediated ROS production, and mitochondrial apoptosis. Furthermore, mitochondrial apoptosis was found in AgNP-treated HFF cells and BMDMs, and AgNP-induced mitochondrial apoptosis inhibition via NOX4-dependent ROS suppression in pre-infected HFF cells and BMDMs was also confirmed.

結論:

AgNPs はヒト RPE 細胞にミトコンドリアのアポトーシスを誘導し、細胞周期の調節障害やオートファジーを誘発したが、これらの効果は事前感染によって NOX4 媒介の活性酸素産生を抑制することで有意に抑制され、in vitro モデルでのナノ毒性の強力な抑制性調節因子であることが示唆された。

Conclusion: AgNPs induced mitochondrial apoptosis in human RPE cells combined with cell cycle dysregulation and autophagy; however, these effects were significantly inhibited by pre-infection by suppression of NOX4-mediated ROS production, suggesting that is a strong inhibitory modulator of nanotoxicity in in vitro models.

© 2020 Quan et al.