《ACS Omega》：Cyto-Genotoxic Impacts of Antimony Tin Oxide (ATO) Nanoparticles on Allium cepa Root Meristem Cells: An Integrative Experimental and in Silico Approach
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本研究通过Allium cepa根尖试验和彗星实验，结合分子对接模拟，首次系统评估了ATO纳米颗粒的细胞遗传毒性。结果显示ATO NPs可浓度依赖性地抑制细胞分裂、诱发染色体畸变（如滞后染色体、黏连、桥粒等）并造成DNA损伤，其潜在机制可能涉及微管蛋白结合与DNA相互作用。该研究为纳米材料的环境风险评估提供了重要实验依据。
1. 引言
锑掺杂氧化锡（ATO）纳米颗粒因其优异的光电性能和热稳定性，被广泛应用于平板显示、太阳能电池、抗静电涂层及电磁屏蔽等领域。随着其工业用量的增加，ATO NPs可能通过生产和使用过程进入环境，对生态系统尤其是植物系统产生潜在风险。Allium cepa（洋葱）根尖试验作为一种经典的植物细胞遗传毒性检测模型，具有操作简便、染色体数目少（2n=16）、结果可靠等优势，已被广泛用于评估纳米材料的生物毒性。本研究旨在通过A. cepa根尖细胞实验，结合扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和彗星实验，系统评价ATO NPs的细胞遗传毒性效应，并借助分子对接技术探讨其与微管蛋白和DNA的相互作用机制。
2. 材料与方法
2.1. 供试材料与纳米颗粒表征
ATO NPs（纯度99.9%）购自土耳其Nanografi公司。通过高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位分析对其形貌、晶体结构和分散性进行表征。洋葱 bulbs（直径25–30 mm）经预发芽后，分别暴露于12.5、25、50和100 μg/mL的ATO NPs悬浮液（经超声分散处理）中4小时，以蒸馏水为阴性对照，10 μg/mL甲基甲磺酸盐（MMS）为阳性对照。
2.2. 细胞遗传毒性检测
采用根尖压片法观察细胞有丝分裂相，计算有丝分裂指数（MI）和染色体畸变（CAs）频率。MI定义为处于分裂期的细胞数占总细胞数的百分比；CAs包括滞后染色体、黏连、桥粒和多倍体等。彗星实验用于检测DNA链断裂程度，按尾长分为0–4级，计算总损伤单位（AU）。
2.3. 显微结构观察
通过SEM和TEM观察ATO NPs处理前后根尖细胞形态和超微结构变化，并利用能谱分析（EDX）检测元素分布。
2.4. 分子对接模拟
以微管蛋白-秋水仙素复合物（PDB: 4O2B）和B-DNA双链（PDB: 1BNA）为受体，采用AutoDock 4.2.6程序对ATO NP进行分子对接，分析其与靶点的结合模式和亲和力（ΔG值）。
3. 结果与讨论
3.1. 细胞遗传毒性效应
ATO NPs处理导致洋葱根尖细胞MI显著降低（从16.06%降至13.99%），且呈浓度依赖性。同时，CAs频率从对照组的4.2%升至100 μg/mL组的18.6%，其中滞后染色体和染色体黏连最为常见。彗星实验显示，ATO NPs可引起DNA损伤程度随浓度升高而加剧（AU值从5.67升至154.33），与MMS阳性对照组相当。这些结果表明ATO NPs具有较强的细胞分裂抑制和DNA损伤能力。
3.2. 细胞结构变化
SEM图像显示，ATO NPs处理后的根尖细胞出现脱水、形态不规则等异常；TEM观察发现NPs可进入细胞，主要积累于液泡和细胞质中，并与线粒体膜结合。EDX分析证实细胞中存在锡（Sn）元素，但未检测到锑（Sb），可能与其在细胞中的低浓度有关。
3.3. 分子对接结果
ATO NPs与微管蛋白秋水仙素结合位点的对接得分（ΔG = ?11.06 kcal/mol）优于秋水仙素本身（?9.43 kcal/mol），提示其可能通过干扰微管组装影响染色体分离。此外，ATO NPs与DNA双链的对接得分（?12.07 kcal/mol）也显著高于MMS（?3.80 kcal/mol），表明其可能直接与DNA相互作用，诱发遗传损伤。
4. 结论
本研究通过实验与计算模拟相结合的方法，证实ATO NPs可诱导A. cepa根尖细胞产生显著的细胞遗传毒性，其机制可能涉及微管功能紊乱和DNA直接损伤。研究结果强调了ATO NPs在环境释放中的潜在风险，为纳米材料的生物安全性评价提供了重要数据支持。
