量子点是一种具有优良荧光性能的新型纳米材料,在生物医学领域具有广泛的应用前景。随着量子点在生物学中逐渐被应用,生物相容性问题已成为制约其临床应用的瓶颈,因而受到了广泛的关注。由于量子点合成中经常涉及重金属元素（如镉离子）,人们通常认为量子点的细胞学毒性主要来自于重金属离子的释放。先前的研究中,我们发现CdTe量子点在细胞内解离的镉离子量比相应浓度的CdCl2溶液处理进入细胞内的镉离子少得多,而CdTe量子点产生的细胞毒性却比CdCl2溶液大得多。这说明CdTe量子点的毒性既与量子点释放解离的镉离子关系密切,还与量子点引发某些“纳米效应”相关。基于以上的研究,我们采用更多种方法考察镉系量子点的细胞学毒性,并发现了镉系量子点诱导的细胞自噬就是CdTe量子点细胞学毒性相关的一种“纳米效应”,它可以增强量子点释放的镉离子的细胞学毒性。现将主要研究结果概括如下:　　 (1)镉系量子点的细胞毒性。　　 在这部分,我们选取了两种不同核壳结构的量子点——单纯的CdTe量子点和包被了两层壳结构的CdTe/CdS/ZnS核-壳-壳型(CSS)量子点,将它们作用于PC12细胞和HEK293细胞。我们在研究中发现CdTe量子点和CSS量子点都不影响细胞存活率、不直接杀死细胞,但是它们都不同程度地抑制细胞生长、破坏线粒体代谢活性,上述这种影响存在浓度依赖性,而且CdTe量子点的作用效果明显强于CdTe/CdS/ZnS量子点;基因芯片对全基因组分析也显示,CdTe量子点影响的部分基因表达与相应浓度的镉离子相同。这说明CdTe量子点细胞学毒性与量子点上镉离子的释放密切相关。另一方面,我们还发现CdTe量子点和包被了两层壳结构的CdTe/CdS/ZnS核-壳-壳型量子点都影响细胞的线粒体膜通透性、上调活性氧自由基的水平却都不引发凋亡。这说明CdTe量子点细胞学毒性不仅与量子点上镉离子的释放相关,还与量子点自身的某些性质有关,也就是所谓的“纳米效应”。　　 (2)镉系量子点诱导细胞发生自噬。　　 细胞内的线粒体损伤通常与细胞凋亡或自噬相关,前面的实验显示CdTe量子点不能诱导细胞产生凋亡,因此将研究方向转向了自噬。目前已有多种纳米材料被报道可以诱导细胞自噬,但是多数纳米材料引发自噬的论证并不足够详实,大多只提供了静态检测（自噬体形成）的结果。众所周知,自噬是一个动态过程,仅仅依靠静态结果很难区分自噬的诱导和阻断。这部分工作主要从自噬底物的降解、自噬体的形成和下游溶酶体的变化等不同角度动态检测自噬发生整个过程。实验发现,CdTe和CSS量子点处理一段时间后都促使细胞内自噬泡增多、自噬相关蛋白表达上升、自噬底物被降解以及溶酶体增多的现象—这说明量子点确实诱导细胞发生了自噬。　　 (3)镉系量子点引发自噬的机制研究及其对细胞毒性的影响。　　 顺接上面的实验,本部分的研究主要针对量子点引发细胞自噬的分子机制和生物效应。研究发现,镉系量子点诱导细胞发生的自噬不依赖与镉离子的释放,但是与氧化自由基水平有关,当量子点促使细胞内氧化自由基上调时,自噬发生;当使用还原剂抑制氧化自由基水平上升时,自噬被抑制。接下来我们对镉系量子点引发自噬的生物学效应做了进一步的研究,我们发现镉系量子点引发自噬可以增强细胞对镉离子的敏感性。　　 本课题发现镉系量子点引发的自噬可以增强细胞对镉离子敏感性,这进一步揭示出CdTe量子点细胞毒性机制,即量子点处理后,其本身的纳米性质诱导细胞发生自噬,而发生自噬的细胞对镉离子变得极其敏感,使量子点上解离的、安全剂量的镉离子产生明显的细胞毒性。以上研究证明了细胞自噬正是影响细胞学毒性“纳米效应”的一种,对深入研究其他纳米材料的细胞学毒性机理具有明显的指导意义。