Titanium dioxide nanoparticles induce apoptosis through ROS‐Ca2+‐p38/AKT/mTOR pathway in TM4 cells

PI3K/AKT/mTOR通路 蛋白激酶B 细胞凋亡 活力测定 化学 p38丝裂原活化蛋白激酶 细胞生物学 活性氧 巴普塔 信号转导 生物 生物化学 MAPK/ERK通路 细胞内
作者
Qianqian Wang,Yaqian Yang,Pengfei Li,Ruoyun Dong,Chenhao Sun,Guanling Song,Yan Wang
出处
期刊:Journal of Applied Toxicology [Wiley]
卷期号:44 (6): 818-832 被引量:11
标识
DOI:10.1002/jat.4583
摘要

Abstract Titanium dioxide nanoparticles (TiO 2 NPs) can cause apoptosis in TM4 cells; however, the underlying mechanism has not been entirely elucidated. The purpose of this study was to investigate the effects of TiO 2 NPs on ROS, Ca 2+ level, p38/AKT/mTOR pathway, and apoptosis in TM4 cells and to evaluate the role of Ca 2+ in p38/AKT/mTOR pathway and apoptosis. After exposure to different concentrations (0, 50, 100, 150, and 200 μg/mL) of TiO 2 NPs for 24 h, cell viability, ROS, Ca 2+ level, Ca 2+ ‐ATPase activity, p38/AKT/mTOR pathway‐related proteins, apoptosis rate, and apoptosis‐related proteins (Bax, Bcl‐2, Caspase 3, Caspase 9, and p53) were detected. The ROS scavenger NAC was used to determine the effect of ROS on Ca 2+ level. The Ca 2+ chelator BAPTA‐AM was used to evaluate the role of Ca 2+ in p38/AKT/mTOR pathway and apoptosis. TiO 2 NPs significantly inhibited cell viability, increased ROS level, and elevated Ca 2+ level while suppressing Ca 2+ ‐ATPase activity. TiO 2 NPs regulated the p38/AKT/mTOR pathway via increasing p‐p38 level and decreasing p‐AKT and p‐mTOR levels. TiO 2 NPs significantly enhanced the apoptosis. NAC attenuated Ca 2+ overload and reduction in Ca 2+ ‐ATPase activity caused by TiO 2 NPs. BAPTA‐AM alleviated TiO 2 NPs‐induced abnormal expression of p38/AKT/mTOR pathway‐related proteins. BAPTA‐AM assuaged the apoptosis caused by TiO 2 NPs. Altogether, this study revealed that TiO 2 NPs elevated intracellular Ca 2+ level through ROS accumulation. Subsequently, the heightened intracellular Ca 2+ level was observed to exert regulation over the p38/AKT/mTOR pathway, ultimately culminating in apoptosis. These results provides a complementary understanding to the mechanism of TiO 2 NPs‐induced apoptosis in TM4 cells.
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