奇物论联合纳米人编辑部对2020内外重要科研团队的代表性成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是中国科学院院士，发展中国家科学院院士，国家纳米科学中心赵宇亮研究员课题组。赵宇亮研究员主要从事纳米生物效应分析与安全性研究，长期致力于推动纳米科学与生物医学交叉的科学前沿领域在我国的起步、形成和发展。创建了我国第一个纳米生物效应与安全性实验室；2006年领衔11个国家的科学家编著了纳米毒理学领域的世界第一本教科书《Nanotoxicology》；2011年创建中国毒理学会“纳米毒理学”专业委员会、2015年创建中国要学会“纳米药物”专业委员会等。赵宇亮研究员将放射化学原理发展到体外与体内超微量纳米颗粒的定量方法学研究，揭示了多种无机纳米材料、碳纳米材料的体内分布图谱，生物学效应规律，结构-效应关系，及其化学机制，在纳米安全性和纳米药物领域做出了重要创新性贡献。下面对赵宇亮院士课题组2020年的部分研究成果进行汇总，供大家学习交流。
1. Nature Biomed. Eng.：双管齐下，有望突破肿瘤治疗20多年研究瓶颈！
靶向促凝血剂诱导的肿瘤血管选择性血栓闭塞是肿瘤治疗的一个重要研究方向。对于急性血管事件，强烈的治疗效果通常发生在几个小时内，导致治疗时间比大多数其他疗法短得多。促凝血剂靶向肿瘤血管也可广泛应用于治疗多种癌症，因为肿瘤供血血管通常具有相似的特征。此外，促凝血治疗不太可能引起耐药性（目前临床癌症治疗面临的最大挑战之一）。肿瘤特异性靶向凝血诱导蛋白组织因子（tTF）的胞外结构域，是血液凝固的主要起始因子，已通过配体工程实现靶向多种肿瘤血管标志物。然而，虽然以肿瘤血管为靶点的功能性tTF在动物模型中已被报道能迅速诱导血栓形成，但临床上仍缺乏成功的应用。肿瘤治疗需要有效，安全地梗塞肿瘤血管的新策略。与tTF不同，凝血酶能够通过直接激活血小板并在没有其他辅助因子的情况下将循环的纤维蛋白原转化为纤维蛋白而立即诱导血栓形成。因此，凝血酶应产生更有效和局部的闭塞作用，但肿瘤会复发。另外，肿瘤血管靶向/阻断与细胞毒性药物的结合可以更有效地抑制肿瘤的生长。但是，在先前的研究中，这两种药物是依序给药的；这需要仔细选择剂量和给药计划，因为次优的给药和计划可能导致两种疗法彼此相对。有鉴于此，国家纳米科学中心聂广军研究员、赵宇亮院士、吴雁研究员等人开发了一种将凝血酶和化疗药物阿霉素（Dox）整合到单个纳米载体中以同时杀死肿瘤的药物共递送纳米系统。与两种药物的顺序给药相反，研究人员假设这样的纳米系统将通过同时影响肿瘤活力的两个独立方面（即肿瘤血液供应和癌细胞增殖）来引发协同效应，从而避免了与两种单独给药的次优给药和调度相关的问题。为了开发更经济可行的纳米载体，从而促进将血管阻断疗法转化为临床实践，研究人员选择了高分子大分子壳聚糖，由于其生物相容性和生物可降解性，被认为是一种可行的药物材料，作为本研究中构建药物共载纳米系统的基石。采用离子凝胶法成功制备了壳聚糖基高分子纳米粒（NPs），该纳米粒对Dox（约17%）和人凝血酶（约78％）具有较高的包封率。将具有CREKA序列的肿瘤归巢五肽移植到NPs表面，产生具有活性肿瘤组织靶向能力的NPs。CREKA肽能够特异性地识别纤维蛋白-纤维连接蛋白复合物（肿瘤血管壁和肿瘤基质中独特地过度表达）。由此产生的NPs在肿瘤部位表现出凝血酶的受控释放，局部引发肿瘤内血栓形成，从而剥夺了肿瘤的营养，同时积累了Dox，通过肿瘤内扩散杀死肿瘤细胞，包括位于肿瘤边缘的细胞。研究人员通过体内荧光成像评价纳米载体的肿瘤靶向性和药代动力学，结果表明，NPs在注射后主要被肝脏捕获/清除，并通过肾脏迅速排泄，而靶向颗粒也显示出相当大的肿瘤积累，而且相对于游离的Dox，Th-Dox-NP半衰期得以延长，其导致心脏组织中Dox浓度显着降低（2.8倍）。这一发现是值得注意的，因为心肌病是游离Dox化疗的剂量限制性副作用。Dox在肿瘤组织中积累的增加和心脏暴露的减少表明，Th-NP的封装提高了Dox的治疗功效。为了确定肿瘤中Th-Dox-NP的积累是否可以诱导血栓形成，研究人员用单尾静脉注射Th-Dox-NPs（约2.30U凝血酶）对皮下接种MDA-MB-231乳腺肿瘤的小鼠进行了治疗。注射后八小时，与对照组相比，肿瘤更明显地被擦伤和变黑，表明由于血管破裂而积聚了血液。且其他器官均无明显的可见的血块，这表明Th-Dox-NP对肿瘤血管阻断的高度选择性。此外，Th-Dox-NP注射后72小时凋亡率达到92％。图|th-Dox-NPs诱导血栓形成及肿瘤细胞凋亡在抗肿瘤实验中，接受Th-Dox-NPs的小鼠的中位生存期提高了> 45.0d，超过接受Th-NPs的小鼠35.0d和接受Dox-NPs的28.0d。重要的是，肿瘤的完全消退仅限于Th-Dox-NP组，其中80％的消退肿瘤没有再生长，表明联合治疗的效率大大提高。此外，在小鼠和兔子的肝癌模型中，表明了这种组合策略适用于广泛的血管化肿瘤。在整个治疗实验中，未在小鼠中观察到发病率或死亡率，这表明在目前的实验条件下，Th-Dox-NPs不会引起严重的急性毒性。在动态高分辨率脑血流成像和各组织凝血情况等试验中，均无造成明显损伤。这些数据表明在目前的治疗条件下Th-Dox-NP的长期安全性。这项研究为基于凝血的肿瘤治疗的进一步发展打开了一扇门，尽管在该领域进行了超过二十年的研究，但在该学科中几乎没有令人鼓舞的进展。因此，研究人员着手将阻断剂与其他细胞毒性药物结合起来，以对肿瘤治疗和动物生存产生更持久的影响。为了实现这一目标，本文探索了通过将两种药物整合到一种可生物降解的纳米载体中来运送具有化学治疗作用的血管闭塞剂的可行性，在这种载体中，壳聚糖NP可以有效制备并易于修饰以用于药物递送，并降解为水和二氧化碳。与现有的联合治疗策略（依次使用阻断剂和细胞毒性药物）相比，该策略由于同时攻击肿瘤的两个不同方面（血液供应和癌细胞增殖）而更有可能产生协同效益。通过选择性地将凝血酶和化疗性Dox共同递送到具有主动肿瘤靶向机制的肿瘤中来实现这一目标。且这种方法还规避了优化连续给药治疗剂的剂量和时间安排的挑战。Li,S., et al. Combination of tumour-infarction therapy and chemotherapy via theco-delivery of doxorubicin and thrombin encapsulated in tumour-targetednanoparticles. Nat Biomed Eng (2020).https://doi.org/10.1038/s41551-020-0573-2
2. Science子刊：正交上转换纳米粒，两种NIR光控制逐级激活靶向和治疗
DNA正在成为一种高度可编程的构建模块，用于设计具有特定功能的分子纳米器件，包括传感器、马达和电路。这种DNA纳米器件一旦与生物学接口，就可以完成多种任务，如生物传感和成像、分子信息计算、可控的货物运输和释放。特别是，最近的研究表明DNA纳米器件可以作为智能药物传递系统。这类设备的一个关键特点是，它们可以根据特定的生物信号执行细胞亚型定向传递。如赵宇亮院士等人在2018年发表在Nature Biotechnology上的关于DNA纳米机器人作为癌症治疗剂的研究。尽管取得了一些进展，这些纳米器件所识别的细胞表面受体并不是疾病细胞所独有的，而在正常细胞中也有低水平的表达。因此，这种基于核酸适体的纳米器件还可以与正常细胞上的同一靶点结合，从而产生on-target off-tumor效应。由于缺乏设计方法，基于适体的高时空选择性纳米器件的工程设计仍然是一个挑战。事实证明，光是在空间和时间上精确调节化学和生物活动的诱人工具。例如，光遗传学已对神经生物学和细胞生物学产生了变革性的影响。有鉴于此，国家纳米科学中心李乐乐研究员、赵宇亮院士等人提出了一种利用近红外光控DNA纳米器件的设计概念方法，该方法可提高生物识别和肿瘤治疗的时空选择性。即采用正交上转换纳米技术，利用深部组织可穿透的近红外（NIR）光实现对DNA纳米器件的预期调节，从而实现高效的PDT，提高肿瘤特异性。此外，纳米器件与免疫检查点阻断疗法的结合通过促进细胞毒性T细胞的肿瘤浸润，在荷瘤小鼠中引起协同效应和远端效应。研究人员选择一种适体，该适体可识别在各种癌细胞表面上过表达的核仁素（NCL），以证明该设计。如图1A所示，纳米器件（PT-UN）是通过在正交UCNPs表面上控制可紫外光激活的适体模块（L-Apt）和PSs组成的。L-Apt是通过将适体与包含商业上可光裂解的2-硝基苄基接头（PC接头）的互补链（L-HD）杂交而设计的。在这种双重状态下，适体对NCL的识别能力受到抑制。UCNP充当光调节器，分别将两种不同波长（808和980 nm）的NIR光分别转换为正交UV和绿色上转换发光（UCL）。在808 nm辐照下获得的UV UCL可使PC键发生光解作用，并在所需的时间和位置释放适体，而在980 nm辐照下获得的绿色UCL则可以激发PS产生细胞毒性ROS。静脉注射后，PT-UN可以在808 nm NIR光介导的局部触发下特异性结合肿瘤细胞表面的NCL，然后在980 nm NIR光照射下产生ROS诱导肿瘤细胞凋亡。如何实现对两个不同的近红外光（808和980 nm）响应而发射正交UCL？研究人员设计了核-多壳的纳米上转换结构为：NaGdF4:Yb,Er@NaYF4@NaYF4:Yb,Tm@NaYbF4:Nd@NaYF4。核部分将Er3+/Yb3+共掺杂在其中，以在980nm激发下产生绿色发射。第一壳层为无任何掺杂剂的NaYF4，可防止能量在两个发光区域之间迁移。第二和第三壳层的Tm3+/Yb3+和Yb3+/Nd3+共掺杂，实现808 nm激发时的紫外线发射。此外，在最外层生长NaYF4壳层，以最大程度地减少表面淬灭效果最后，还在UCNPs上涂上中孔二氧化硅壳，以在外表面修饰L-Apt，并在介孔中加载玫瑰红（RB）光敏剂。体内外试验表明，正交调节赋予纳米器件时空控制的生物识别能力，增强了肿瘤特异性，并具有强大的抗肿瘤作用。此外，该纳米器件还产生了免疫原性肿瘤微环境，显著提高了免疫检查点阻断治疗的效果。本研究设计允许将近红外光敏剂赋予基于UCNP的纳米光敏剂的生物认知能力，从而能够以高时空精度远程控制肿瘤靶向，因此能够在正确的时间和地点触发ROS的生成。本研究强调了UCNPs与DNA纳米技术集成在精密PDT中的潜力。
3. Biomaterials：放射治疗腹部肿瘤会引起胃肠道损伤？石墨二炔纳米放射防护剂来解决！
在用放射治疗邻近胃肠道组织的腹部肿瘤时，X射线照射对胃肠道的毒性是一个重要的临床问题，它不仅使这些肿瘤得不到确定的治疗剂量，而且还会引起厌食、腹痛、腹泻和便血等一系列胃肠道疾病，从而严重降低了患者的治疗效果和生活质量。因此，胃肠道放射防护剂的研制至关重要。然而，商品化的胃肠道放射防护剂在临床上还很少见。有鉴于此，中国科学院大学赵宇亮、中国科学院高能物理研究所谷战军、中国科学院青岛生物能源与过程研究所黄长水等人制备了牛血清白蛋白(BSA)修饰的石墨二炔(GDY)纳米粒子(GDY-BSA NPs)，并首次研究了其胃肠道放射防护性能。1）GDY纳米材料具有清除自由基能力强、在胃酸条件下化学稳定性好、在胃肠道内滞留时间较长、口服生物安全性好等独特优势，为其作为胃肠道放射防护剂提供了有利的前提条件。2）体外实验结果表明，GDY-BSA NPs能明显减轻照射后胃肠道细胞的DNA损伤，提高细胞存活率。3）体内实验结果表明，GDY-BSA NPs能显著减轻小鼠放射性腹泻、体重减轻和胃肠道组织病理损伤。4）此外，还深入研究了GDY-BSA NPs的胃肠道放射防护机制，表明GDY-BSA NPs能有效抑制活性氧(ROS)诱导的细胞凋亡信号通路，从而减少胃肠道细胞凋亡。本研究首次将GDY-BSA NPs应用于减轻放射性胃肠道损伤，不仅促进了新型胃肠道放射防护剂的开发，而且对利用纳米药物治疗胃肠道疾病具有良好的指导意义。JianiXie, et al. Graphdiyne nanoradioprotector with efficient free radical scavenging ability for mitigating radiation-induced gastrointestinal tract damage, Biomaterials, 2020.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.119940
4. ACS Nano：WO2.9-WSe2纳米放射增敏剂用于局部肿瘤消融和检查点阻断免疫疗法
放射治疗(RT)在实际应用中往往存在靶外副作用，对缺氧肿瘤微环境(TME)和远处转移无效。针对这些问题，中国科学院大学赵宇亮、谷战军和刘向峰等人提供了半导体异质结结构的WO2.9-WSe2-PEG纳米颗粒，以实现协同RT/光热疗法(PTT)/检查点阻断免疫疗法(CBT)，以增强抗肿瘤和抗转移效果。1）基于具有高Z元素的异质结纳米颗粒，此纳米系统可以在X射线照射下催化TME中高表达的H2O2生成非氧依赖性活性氧，从而进一步诱导免疫原性细胞死亡。2）同时，此纳米系统还能在近红外辐射下诱导热疗，从而提高RT效果。结果表明，加入抗PD-L1抗体的CBT后，在温和的温度和低辐射剂量下，局部RT/PTT能有效消融局部肿瘤，抑制肿瘤转移，防止肿瘤复发。综上所述，此研究不仅提供了一种基于半导体纳米粒子的放射增敏剂，而且为同时治疗局部和转移肿瘤的三联疗法(RT/PTT/CBT)提供了一个多功能的纳米平台。Xinghua Dong, et al. A Heterojunction Structured WO2.9-WSe2 Nanoradiosensitizer Increases Local Tumor Ablation and Checkpoint Blockade Immunotherapy upon Low Radiation Dose. ACS Nano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.9b08962https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08962
5. Biomaterials综述：纳米医学在基于巨噬细胞的癌症免疫治疗领域中的应用
国家纳米科学中心赵宇亮院士和王浩研究员对纳米医学在基于巨噬细胞的癌症免疫治疗领域中的应用进行了综述介绍。（1）肿瘤免疫治疗能够利用宿主的协同免疫系统对抗肿瘤。然而，肿瘤免疫逃避的多种途径也会导致的免疫治疗效果不佳。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)是浸润在所有肿瘤中的白细胞的主要成分，它可以通过介导慢性炎症、促进血管生成、抑制保护性免疫反应、支持迁移和静脉内灌注等多种机制在肿瘤的发生、发展和转移中发挥重要作用。TAMs靶向治疗在临床实验中也取得了显著的成功效果，其中的主要策略是利用小分子试剂和抗体。然而，TAMs靶向治疗的进一步应用也遇到了疗效及安全性有限的难题。纳米材料可以提供多种方法来实现对免疫调节的控制，以放大免疫反应，最终提高治疗效益和降低治疗毒性。（2）作者在文中综述了在临床中应用于以TAM为中心的癌症治疗的相关药物；重点介绍了靶向TAMs的纳米药物的最新进展；并就纳米医学如何发挥其优势以实现时空可控的免疫调节进行了讨论。Yong-Dan Zhao. et al. Nanomedicine Enables Spatiotemporally Regulating Macrophage-based Cancer Immunotherapy. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220307985
6. Small：15年纳米安全研究趋势！
近年来，纳米技术得到了飞速发展。根据全球行业分析公司最近的一份报告，到2024年，全球纳米技术市场预计将达到1257亿美元。显然，各国都在致力于发展纳米技术，这有助于改善甚至彻底改变许多科学和工业部门，如环境科学、信息技术、电子、能源和医药等。尽管纳米技术带来了诸多好处，但无所不在的纳米材料在生物和生态方面的安全问题也引起了人们的广泛关注。在2006年，赵宇亮院士领衔11个国家的科学家编著了纳米毒理学领域的世界第一本教科书《Nanotoxicology》。纳米材料的特性使其极易与人类接触，然而，到目前为止，人们对纳米材料的毒性效应还没有完全了解。我们必须确保广泛使用的纳米材料不会对人类健康和环境造成不良影响。因此，纳米安全研究成为纳米科学研究的热点之一。 鉴于此，中国科学院国家纳米科学中心赵宇亮院士、陈春英研究员、谷战军研究员等人借助文献计量分析了15年来发表在Small杂志上关于纳米安全领域的相关论文，并为未来的研究的方向提供指引！ 到2020年1月10日为止，这15年来，Small期刊在纳米安全领域共发表了675篇论文，占所有出版期刊论文（8107篇）的1/12。由Small发文量的图可以看出，2013年达到了一个小高潮，这主要是由于2013年Small的一个特刊：纳米毒性学 的发布。除此之外，总体而言，多年来发表的论文数量呈增长趋势，这表明纳米安全性正受到学术研究人员的越来越多的关注。特别是在最近的两年中，出版物的数量突然增加，几乎占总数的1/4。图|从2005年到2019年，每年关于“纳米安全”出版论文数量自Small创立以来，来自世界各地的许多大学或机构都为该期刊做出了贡献，包括与纳米安全相关的研究领域。在此，作者根据总发表量、引用量（总引用量）和h指数，列出纳米安全领域最具生产力和影响力的十大国家和机构。如表1所示，中国以309篇和13 456次引用文献居于榜首。紧随其后的是美国，发表了209篇。表1. 2005年至2019年间论文数量和影响力前十的国家在机构方面，中国科学院是“纳米安全”领域中最多产的机构，贡献了83篇论文和5130篇总引文。南洋理工大学和新加坡国立大学的出版数量分别排名第二和第三。除了总出版物数量外，此处还显示了代表出版物的生产率和引文影响的h指数。在Small过去15年中，科学研究人员最关注的“纳米安全”论文方面，表3列出了被引用最多的40篇论文。其中32篇是研究文章，其中8篇是综述。特别是，引用最多的论文（被引用次数为1818）是Drezek及其同事于2008年发表的综述（Cytotoxicity of Nanoparticles）。该综述总结了基于碳、金属和半导体的纳米材料的细胞毒性数据。下一篇被高度引用的论文是研究金纳米颗粒毒性的研究论文，有1635次引用。 表3. 2005年至2019年之间40篇被引用最多的论文从这个结果中，可以看到，对于纳米颗粒的生物安全性研究，金纳米颗粒特别受关注，多达10篇高被引用的论文与金纳米粒子毒性相关。除了金纳米颗粒之外，银纳米颗粒，二氧化硅纳米颗粒，氧化铁纳米颗粒，碳纳米颗粒和量子点也引起了相当大的关注。 除了选择纳米材料类型之外，纳米尺寸是研究影响纳米颗粒毒性的一般因素种最广泛的一种。几乎所有的纳米安全性研究都会强调尺寸对纳米颗粒毒性分布的影响。除了大小以外，其他因素（例如化学组成，形状，表面化学和功能化，表面电荷，剂量/浓度以及蛋白质电晕的形成）也被视为影响纳米颗粒毒理学的因素。还有，纳米颗粒暴露引发的机制包括内吞作用、细胞膜渗漏、氧化应激的产生、线粒体功能受损、凋亡/自噬、DNA损伤、坏死、生物降解产物、免疫反应（如细胞因子释放）等，也是纳米安全研究的热点。研究纳米颗粒的细胞内效应有助于我们更好地设计安全的纳米材料。 然而，尽管体外研究的重要性，它不能复制体内系统的复杂性。因此，研究纳米颗粒在体内的分布具有重要意义，它可以为纳米颗粒毒理学提供更全面的信息。纳米颗粒的命运，如在体内的生物分布、代谢或排泄，也在一些文章中涉及。 此外，从表3中可以获得的另一个有用信息是用于纳米颗粒毒性检测的生物模型。细胞系（如人内皮细胞或真皮成纤维细胞）、全动物（如大鼠）、微生物（如细菌）、水生生物（如胚胎斑马鱼）和植物（如水稻植物）用于揭示纳米材料的生物和环境危害。不同的科学模型用于解释或预测真实物体/系统中纳米颗粒的行为。通过使用各种模型可以帮助我们更好地理解纳米颗粒在生物和生态系统中的行为。 还值得一提的是，总引文量通常随着时间累积。作者通过年度平均因此次数进行排名发现，Drezek及其同事被引用最多的论文仍然排名第一，但是近年来的一些论文也出现在了前面，这表明其他科学家近年来也在关注这方面的研究。 此外，作者还利用Citespace软件识别了从前100篇被引用最多的与纳米安全性相关的论文得出的主要术语，如图所示，正如所指出的，这些研究中最重要的术语是“纳米颗粒”和“细胞毒性”。诸如金纳米颗粒，银纳米颗粒，碳纳米管，中孔材料，石墨烯/氧化石墨烯和氧化铁纳米颗粒的纳米颗粒类型是公认的。此外，纳米毒性影响因素（例如尺寸）和机理（例如氧化应激）也被认为是热门话题。该结果部分代表了前100名最受欢迎的论文的研究趋势。图|在Small中有关“纳米安全性”研究的前100篇高被引论文中认可的主要术语。尽管在纳米安全性研究中已经取得了成就，但在这一领域的一些新方面也应予以重视。例如，多年来，出版论文集中于尺寸、形状或表面化学对纳米毒性的影响。这就需要回答一个问题：我们是否真的需要这么多其他研究来一次又一次地证明纳米粒子可能引发例如与大小或与氧化应激有关的毒性？纳米毒性/安全性研究应强调哪些关键因素？ 早在2013年，研究人员就已经指出，纳米颗粒（低于100 nm的颗粒）的测定仍基于常规的颗粒毒理学数据，尚未发现新的“纳米特异性危害”。使用常规粒子的可用危害数据而不强调“纳米特异性效应”，会使有限的资源集中于彻底了解纳米颗粒的毒性。 6年后，尽管进行了广泛的研究，我们仍然徘徊在自己的禁区。 另外，对纳米粒子对生物或生态系统的长期和长期安全性研究仍然很少。纳米粒子在工作场所或一般环境中的暴露通常持续数年。几周的安全研究肯定还远远不够。 最后一点就是，与纳米安全有关的出版论文正在增加，而对纳米安全研究的类型充其量是零散的。例如，当涉及纳米材料的尺寸依赖性毒性评估时，应测试哪些尺寸以及多少尺寸？采用什么样的生物学模型？我们是否应该同时测量靶向纳米颗粒的器官和蓄积器官的细胞内/遗传毒性？如果没有具体的系统来说明这些风险，很难定义纳米材料的安全使用。尽管如此，经济合作与发展组织先前还是提出了一种纳米材料测试指南：《人造纳米材料测试指南》，但没有像预期的那样广泛使用。因此，为更好地了解纳米颗粒安全性，目前迫切需要基于广泛接受的指南系统地测量纳米颗粒毒性。 Zhu,S., et al., 15 Years of Small: Research Trends in Nanosafety. Small 2020, 16,2000980.https://doi.org/10.1002/smll.202000980
7. Nano Research：纳米二氧化钛会诱导肥胖？吓得我赶紧看了一眼油浴锅
随着经济的发展和饮食结构的变化，肥胖症的患病率在世界范围内正在迅速增加。在美国，肥胖的发生率为42.4％，在欧洲为12.8％，在中国为12％。流行病学研究表明，肥胖与许多慢性疾病有关，如2型糖尿病心血管疾病、非酒精性脂肪肝和癌症等。肥胖的原因很复杂，涉及遗传和环境因素及其相互作用。其中，高脂饮食是过去几十年来肥胖症发展的一个重要原因，其对肠道微生物的重新塑造已被证明和机体健康密切相关，如能量吸收、肝脏脂肪生成、脂肪积累和免疫反应等。近期，一些食品添加剂，例如聚山梨酯80和羧甲基纤维素，也被证明可以改变肠道菌群进而促进肥胖的发展。二氧化钛纳米粒（TiO2-NPs）已广泛用于商业、环境和工业领域。二氧化钛（TiO2）由于其高亮度和高折射率而常被用作食品中的白色素。最近的研究表明，将近36％-44％的食品级TiO2颗粒处于纳米级别（<100 nm）。据估计成年人的饮食中每天摄入TiO2的量约1-2 mg / kg体重，而儿童由于饮食偏好对TiO2-NPs摄入的更多，每天约为5.5-10.4 mg / kg。另外，由于TiO2-NPs具有出色的光催化性能，因此也广泛用于清洁水中，导致其在水中的浓度高达0.7-16 μg L-1。饮食和水中的TiO2-NPs会在肠道中积聚，导致DNA损伤，结肠中的炎症细胞浸润以及健康个体中某些血清代谢产物发生改变。然而，已报道的TiO2-NP的毒性研究主要集中在其对健康群体中的效应上，而很少关注其对慢性病群体的作用。TiO2-NPs会被添加于一些诱导肥胖的高脂食品中，例如巧克力、油炸食品和一些液体饮料（含量高达1％），但是TiO2-NP在高脂饮食诱导肥胖中的毒性作用尚未被研究。杨祥良课题组发现长期口服暴露于TiO2-NPs会增加肠道通透性和改变肠道微生物结构，而这些变化会诱导慢性炎症并最终加剧高脂饮食诱导的肥胖。他们发现经口摄入的TiO2-NPs会增加小鼠的体重，肝脏和脂肪组织的重量，尤其是在高脂饮食的小鼠中。
进一步机理研究表明，TiO2-NPs引起结肠粘液层的破坏和肥胖相关微生物群的失调。因此，粘液层破坏与微生物群失调共同引起了低度炎症，最终加剧了高脂饮食诱导的肥胖相比之下，在抗生素清除肠道菌群的小鼠中，TiO2-NPs加剧高脂饮食诱导炎症和肥胖的现象则消失，表明肠道菌群对于TiO2-NPs诱导的炎症和肥胖是必需的。所有结果都表明TiO2-NP在饮食诱导肥胖群体中的重要作用，并强调了重新评估纳米粒对易感群体毒性效应的必要性。Xiaoqiang Zhu, et al. Long-term exposure to titanium dioxide nanoparticles promotes diet-induced obesity through exacerbating intestinal mucus layer damage and microbiota dysbiosis.https://doi.org/10.1007/s12274-020-3210-1除此之外，赵宇亮院士课题组2020年还发表了一些其它成果，在此不一一列出，感兴趣的读者可以网上搜索学习。赵宇亮，研究员，中国科学院院士、发展中国家科学院院士，国家纳米科学中心主任。目前担任Nano Today主编等职位。已在Nature Biotech., Nature Nanotech., PNAS, JACS, Angew. Chem. In. Edit., Anal. Chem.等期刊发表SCI论文500余篇，被引>4万次，H-因子约108。获中国、美国、日本、欧盟的授权发明专利26项。研究成果获“国家自然科学奖”二等奖2项，TWAS化学奖，中国毒理学杰出贡献奖等。
