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이산화 티타늄 나노입자(titanium dioxide nanoparticles, TiO2NPs)는 작은 크기 및 넓은 표면적과 같은 독특한 특성을 가지고 있기 때문에 다양한 분야에서 널리 사용된다. 그러나 TiO2NPs의 사용량은 점점 증가하고 있지만 TiO2NPs의 폐독성과 그 작용기전에 대한 정보는 여전히 부족하다. 본 시험에서는 TiO2NPs에 의해 유발되는 폐독성의 특성을 조사하였고, thioredoxin-interacting ...

이산화 티타늄 나노입자(titanium dioxide nanoparticles, TiO2NPs)는 작은 크기 및 넓은 표면적과 같은 독특한 특성을 가지고 있기 때문에 다양한 분야에서 널리 사용된다. 그러나 TiO2NPs의 사용량은 점점 증가하고 있지만 TiO2NPs의 폐독성과 그 작용기전에 대한 정보는 여전히 부족하다. 본 시험에서는 TiO2NPs에 의해 유발되는 폐독성의 특성을 조사하였고, thioredoxin-interacting protein (TXNIP)과 세포자멸사의 상관관계를 분석하여 폐독성의 작용기전을 조사하였다. TiO2NPs를 5, 10 및 20 mg/kg의 용량으로 2일 간격으로 3회 마우스의 기도를 통해 투여하여 폐독성을 유발하였다. TiO2NPs의 처치는 기관지폐포 세척액에서 호중구 및 대식세포의 수와 전염증성 사이토카인의 수준을 유의하게 증가시켰다. 또한 조직병리학적 분석을 통해 TiO2NPs 처치군의 폐에서 기도 주변 염증세포의 침윤과 기도내 점액 생성이 과도하게 관찰되었다. TXNIP의 발현은 TiO2NPs에 노출된 폐에서 증가되었고, 세포자멸사와 관련된 하위 신호전달이 활성화되었다. 결론적으로 TiO2NPs의 처치는 마우스에서 폐독성을 유발했고, 이는 증가된 TXNIP가 세포자멸사 신호 경로를 활성화하였기 때문에 나타난 것으로 판단된다. 본 실험의 결과는 폐독성을 유발하는 TiO2NPs의 새로운 독성작용기전을 제공한다.
이산화 티타늄 나노입자(titanium dioxide nanoparticles, TiO2NPs)는 산업 및 의약분야와 다양한 소비제품에 널리 사용되며, 사용량이 증가함에 따라 TiO2NPs의 독성 연구도 증가하고 있다. 그러나 독성작용기전을 조사하는 연구는 여전히 부족하다. 본 시험에서는 난백 알부민(ovalbumin, OVA)으로 유발한 천식 모델을 사용하여 TiO2NPs가 폐에 미치는 잠재적 독성과 천식의 악화에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 이와 관련된 독성작용기전도 조사하였다. TiO2NPs는 염증세포의 수와 염증 매개인자의 수준을 증가시켜서 염증반응을 악화시켰고 폐독성을 유발했다. OVA로 유발한 천식 모델 마우스에 TiO2NPs의 투여는 투여되지 않은 천식 마우스와 비교하여 염증 매개인자 및 사이토카인과 기도과민반응이 유의하게 증가하였고, 폐 조직에서 염증세포의 침윤과 점액 생성이 증가하였다. 또한, 천식 마우스의 폐에서 TiO2NPs의 투여는 투여되지 않은 천식 마우스와 비교하여 B-cell lymphoma 2 (Bcl2)의 발현을 감소시켰고, thioredoxin-interacting protein (TXNIP), phospho-apoptosis signal-regulating kinase 1, Bcl2-associated X 및 cleaved-caspase 3의 발현을 증가시켰다. 이러한 반응은 사람의 기도상피세포를 사용하여 얻은 생체 외 시험의 결과와 일치하였다. TiO2NPs가 투여된 세포는 투여되지 않은 세포와 비교하여 TXNIP 신호전달의 증가와 함께 interleukin (IL)-1β, IL-6 및 tumor necrosis factor-α의 mRNA와 단백질 발현의 증가를 보여주었다. 또한, 기도상피세포에서 TXNIP 발현의 억제를 통해 TiO2NPs의 처치에 의해 유발된 병태생리학적 변화들을 유의하게 감소시킬 수 있었다. 결론적으로 TiO2NPs의 처치는 호흡기에 독성학적 변화를 유발하였고, TXNIP-세포자멸사 경로의 활성화를 통해 천식의 발병을 악화시켰다. 이러한 결과는 TiO2NPs 매개 호흡기 독성의 기본 작용기전에 대한 이해를 제공한다.
이산화 티타늄 나노입자(titanium dioxide nanoparticles, TiO2NPs)는 화장품과 식품 등 인체에 적용되는 제품에 사용되지만 생체적합성에 대해서는 아직 논란이 많다. 소나무 껍질의 천연 추출물인 pycnogenol (PYC)은 항산화 및 항염증 효과가 있다. 본 시험에서는 TiO2NPs의 기도 노출에 의해 유발되는 폐독성을 PYC가 효과적으로 완화시키는지를 조사하였고, PYC의 유익한 효과를 작용기전 분석을 통해 조사하였다. TiO2NPs는 폐 염증과 점액 생성을 유발하였고, 마우스의 폐에서 malondialdehyde의 농도와 thioredoxin interacting protein (TXNIP) 및 cleaved-caspase 3 (Cas3)의 발현을 증가시켰다. 그러나 PYC의 투여는 TiO2NPs로 유발된 모든 독성과 관련된 매개인자들을 감소시켰고, glutathione의 농도를 회복시켰다. TiO2NPs에 노출된 기도상피세포에서도 이러한 PYC의 항산화 및 항염증 효과는 항산화 효소의 mRNA를 증가시키고 TXNIP, cleaved-Cas3 및 염증 매개인자의 발현을 감소시킴으로써 입증되었다. 결론적으로 PYC는 TXNIP의 하향 조절을 통해 TiO2NPs로 인한 폐 손상을 약화시켰다. 따라서 본 실험의 결과는 TiO2NPs로 유발된 폐 독성에서 효과적인 항염증제 및 항산화제로서의 PYC의 효과를 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) are widely used in various fields because of unique properties such as small size and high surface area. However, while the use of TiO2NPs is gradually increasing, there is still insufficient information on the mechanistic basis of their pulmonary toxicity. I...

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) are widely used in various fields because of unique properties such as small size and high surface area. However, while the use of TiO2NPs is gradually increasing, there is still insufficient information on the mechanistic basis of their pulmonary toxicity. In this study, we investigated the pulmonary toxicity of TiO2NPs and elucidated its mechanistic basis by analyzing the relationship between thioredoxin-interacting protein (TXNIP) and apoptosis. Pulmonary toxicity was induced by administering TiO2NPs three times at intervals of 2 days at a dose of 5, 10, and 20 mg/kg through the respiratory tract of mice. Exposure to TiO2NPs significantly increased the number of neutrophils and macrophages and the level of proinflammatory cytokines in the bronchoalveolar lavage fluid. Moreover, through histopathological analysis, infiltration of inflammatory cells around the airways and excessive mucus production in the airways were observed in the lungs of the TiO2NP-treated groups. TXNIP expression was upregulated in TiO2NPs-exposed lungs, and its downstream signaling associated with apoptosis was activated. Overall, exposure to TiO2NPs caused pulmonary toxicity in mice. We interpreted this result to indicate that increased TXNIP activates the apoptosis signaling pathway. Our results reveal a new underlying mechanistic basis for pulmonary toxicity of TiO2NPs.
Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) are widely used in industrial and medicinal fields and in various consumer products, and their increasing use has led to an increase in the number of toxicity studies; however, studies investigating the underlying toxicity mechanism have been rare. In this study, we evaluated potential toxic effects of TiO2NPs exposure on lungs as well as the development of asthma through the ovalbumin (OVA)-induced mouse model of asthma. Furthermore, we also investigated the associated toxic mechanism. TiO2NPs caused pulmonary toxicity by exacerbating the inflammatory response, indicated by an increase in the number and level of inflammatory cells and mediators, respectively. OVA-induced asthma exposed mice to TiO2NPs led to significant increases in inflammatory mediators, cytokines, and airway hyperresponsiveness compared with those in non-exposed asthmatic mice. This was also accompanied by increased inflammatory cell infiltration and mucus production in the lung tissues. Additionally, TiO2NPs decreased the expression of B-cell lymphoma 2 (Bcl2) and the expressions of thioredoxin-interacting protein (TXNIP), phospho-apoptosis signal-regulating kinase 1, Bcl2-associated X, and cleaved-caspase 3 were escalated in the lungs of asthmatic mice compared with those in non-exposed asthmatic mice. These responses were consistent with in vitro results obtained using human airway epithelial cells. TiO2NPs treated cells exhibited an increase in the mRNA and protein expression of interleukin (IL)-1β, IL-6, and tumor necrosis factor-α with an elevation of TXNIP signaling compared to non-treated cells. Moreover, pathophysiological changes induced by TiO2NP treatment were significantly decreased by TXNIP knockdown in airway epithelial cells. Overall, TiO2NP exposure induced toxicological changes in the respiratory tract and exacerbated the development of asthma via activation of the TXNIP-apoptosis pathway. These results provide insights into the underlying mechanism of TiO2NP-mediated respiratory toxicity.
Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) are used in products that are applied to the human body, such as cosmetics and food, but there is still controversy over their biocompatibility. Pycnogenol (PYC), a natural extract of pine bark, exerts antioxidant and anti-inflammatory effects. In this study, we investigated whether PYC effectively alleviates pulmonary toxicity induced by airway exposure to TiO2NPs, and the beneficial effect of PYC was explained through the analysis of changes to the mechanism of cytotoxicity. TiO2NPs induced pulmonary inflammation and mucus production and increased the levels of malondialdehyde and the expression of thioredoxin interacting protein (TXNIP) and cleaved-caspase 3 (Cas3) in the lungs of mice. However, PYC treatment reduced all of the toxicity markers of TiO2NPs and recovered the level of glutathione. These antioxidant and anti-inflammatory effects of PYC were also demonstrated in TiO2NPs-exposed human airway epithelial cells by increasing the mRNA levels of antioxidant enzymes and decreasing the expression of TXNIP, cleaved-Cas3, and inflammatory mediators. Taken together, our results show that PYC attenuates TiO2NPs-induced lung injury via TXNIP downregulation. Therefore, our results suggest the potential of PYC as an effective anti-inflammatory agent and antioxidant in TiO2NPs-induced pulmonary toxicity.

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