中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室廖春阳课题组在金属—有机骨架（Metal-Organic Framework, MOF）材料诱导神经毒性的机制研究取得重要进展，相关成果相继发表于Environmental Science: Nano (Yan et al., 2021)，Science of The Total Environment (Deng et al., 2021)和Environmental Science & Technology (Liu et al., 2023)上。

　　MOF材料是近年来新兴的纳米材料，由金属节点和有机配体通过配位作用连接形成，具有超高比表面积和孔隙率、多变的结构以及灵活的可修饰性等特性，使其在包括生物医药等诸多领域展现出广阔的应用前景。随着MOF制备技术成功实现从实验室基础研究到商业化大规模生产的跨越后，MOF带来的健康风险也越来越引起人们的关注。课题组分别以钴基MOF (ZIF-67) 和锌基MOF (MOF-74) 为例，综合体内实验和体外实验探究纳米级MOF材料的神经毒性，以更好地评估MOF材料的生物安全性。

　　该研究团队发现在体外条件下，ZIF-67通过激活缺氧诱导因子-1α (HIF-1α)/BCL-2 19-kDa相互作用蛋白3 (BNIP3)信号通路诱导小胶质细胞凋亡。结合细胞实验和转录组分析证实，ZIF-67能够在体外模拟缺氧，诱导活性氧ROS的生成，增强HIF-1α和BNIP3的表达，最终导致细胞凋亡 (Environ. Sci.: Nano, DOI: 10.1039/D1EN00719J)。基于活体动物的呼吸暴露模型研究显示，粒径为60 nm的ZIF-67在没有引起明显的一般毒性的情况下具有诱导神经退行性疾病的健康风险。SD大鼠经过连续30天的MOF鼻腔滴注后出现学习和记忆能力受损，在分子水平上表现出脑内抗氧化酶活力的下降、神经肽信号通路和调控学习与记忆相关的多种基因的表达异常 (Sci Total Environ., DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.145063)。

　　在另一项低毒金属锌基MOF的神经毒性研究实验中，研究人员发现C56BL/6小鼠暴露于低剂量MOF-74纳米颗粒后，在旷场实验和强迫游泳实验中出现探索行为减少、绝望行为增加等消极的行为现象，神经递质靶向代谢组学分析结果显示儿茶酚胺神经递质代谢紊乱可能是MOF-74诱导小鼠异常行为的原因所在。体外实验表明MOF-74颗粒可被神经细胞吸收，发挥神经毒性作用，儿茶酚胺神经递质代谢紊乱一方面源于神经突延伸受阻导致的神经递质合成抑制；另一方面，MOF-74还能促进Ca2+流入细胞，通过诱导儿茶酚胺的持续释放从而加速儿茶酚胺的摄取和分解代谢过程 (Environ. Sci. Technol., DOI: 10.1021/acs.est.2c09740)。

　　这些研究工作对于揭示MOF材料的神经毒性及环境健康风险具有重要的科学价值。以上研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”等项目的支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c09740

　　https://doi.org/10.1039/D1EN00719J

　　https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145063