聚苯乙烯纳米塑料的暴露途径介导其细胞分布和毒性

摘要

目的 探究暴露途径是否影响聚苯乙烯纳米塑料（polystyrene nanoplastics, PSNPs）在肝脏细胞亚群的分布及毒性。方法 以雄性C57BL/6J野生型健康小鼠（6～8周，18～22 g）为实验动物，首先采用活体成像系统（in vivo imaging system, IVIS）追踪灌胃与尾静脉注射PSNPs在小鼠主要脏器的分布，并通过免疫荧光联合透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）解析其在肝细胞亚群（肝实质细胞与Kupffer细胞）的定位规律。利用300 nm PSNPs分别进行灌胃与尾静脉注射、利用70 nm PSNPs进行肝门静脉注射，通过免疫荧光分析其细胞分布。随后，以小鼠正常肝细胞系AML-12细胞为肝实质细胞模型，通过共聚焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscopy, CLSM）观察AML-12细胞对PSNPs的摄取，利用流式细胞术定量，分析其内吞机制；应用IVIS探究肝实质细胞的体内摄取特征。最后，以AML-12细胞为肝实质细胞模型、小鼠巨噬细胞系RAW264.7为Kupffer细胞模型，通过转录组学与代谢组学联合分析100μg/mL PSNPs暴露引发的细胞类型特异性的毒性效应。结果 IVIS结果显示，灌胃及尾静脉注射的PSNPs均主要在肝组织分布，免疫荧光及TEM结果显示，灌胃组PSNPs主要定位于肝实质细胞，而尾静脉注射组则主要富集于Kupffer细胞。粒径差异（300 nm vs. 70 nm）未改变PSNPs的细胞分布规律，而肝门静脉注射实验显示PSNPs主要在Kupffer细胞中分布，表明PSNPs的细胞类型特异性分布与PSNPs粒径无关，可能与其在胃肠道中的转运有关。流式分析表明，AML-12对PSNPs的摄取呈现时间依赖性，其内吞机制涉及网格蛋白（P<0.000 1）、巨胞饮（P=0.002 6）及脂筏（P<0.000 1）介导的途径；PSNPs血液分布结果表明，肝实质细胞对PSNPs的摄取存在速率限制。多组学联合分析揭示，PSNPs在AML-12细胞中扰动脂质代谢通路和神经递质稳态，但在RAW264.7细胞中，主要诱导炎症和氧化应激。结论 PSNPs暴露途径调控其肝内细胞分布，进而改变PSNPs暴露诱导的毒性效应。

关键词

微塑料 / 环境暴露 / 细胞毒性

基金资助

国家重点研发计划(No.2023YFC2509302); 区域创新发展联合基金(No.U23A20495); 国家自然科学基金(No.82304402); 四川大学“医学+材料”中心“医学+X”创新项目(No.MCM202103); 高分子材料工程重点实验室(No.sklpme2022-3-19); 中国博士后科学基金(No.2024T170607); 中央高校基本科研项目(No.2023SCU12034)资助