Integrative proteomics and metabolomics approach to elucidate metabolic dysfunction induced by silica nanoparticles in hepatocytes

代谢组学 氧化应激 代谢途径 蛋白质组学 生物化学 糖酵解 毒性 氧化磷酸化 新陈代谢 代谢组 嘌呤 代谢物 磷酸戊糖途径 化学 生物 生物信息学 基因 有机化学
作者
Ye Zhu,Yukang Zhang,Yanbo Li,Caixia Guo,Zhuying Fan,Yang Li,Man Yang,Xianqing Zhou,Zhiwei Sun,Ji Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:434: 128820-128820 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.128820
摘要

Silica nanoparticles (SiNPs) are derived from manufactured materials and the natural environment, and they cause detrimental effects on human health via various exposure routes. The liver is proven to be a key target organ for SiNP toxicity; however, the mechanisms causing toxicity remain largely uncertain. Here, we investigated the effects of SiNPs on the metabolic spectrum in hepatocytes via integrative analyses of proteomics and metabolomics. First, a proteomic analysis was used to screen for critical proteins (including RPL3, HSP90AA1, SOD, PGK1, GOT1, and PNP), indicating that abnormal protein synthesis, protein misfolding, oxidative stress, and metabolic dysfunction may contribute to SiNP-induced hepatotoxicity. Next, metabolomic data demonstrated that SiNPs caused metabolic dysfunction by altering vital metabolites (including glucose, alanine, GSH, CTP, and ATP). Finally, a systematic bioinformatic analysis of protein-metabolite interactions showed that SiNPs disturbed glucose metabolism (glycolysis and pentose phosphate pathways, amino acid metabolism (alanine, aspartate, and glutamate), and ribonucleotide metabolism (purine and pyrimidine). These metabolic dysfunctions could exacerbate oxidative stress and lead to liver injury. Moreover, SOD, TKT, PGM1, GOT1, PNP, and NME2 may be key proteins for SiNP-induced hepatotoxicity. This study revealed the metabolic mechanisms underlying SiNP-induced hepatotoxicity and illustrated that integrative omics analyses can be a powerful approach for toxicity evaluations and risk assessments of nanoparticles.
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