滨州医学院ACS Nano：纳米塑料可通过铁蛋白吞噬和线粒体功能障碍的串扰诱导肺损伤

目前关于纳米塑料的报道很少，尤其是它们在空气中的存在和对呼吸系统的潜在健康危害。先前的研究限制了对其真实呼吸作用的理解，因为作为研究对象的球形聚苯乙烯（PS）纳米颗粒与自然界中出现的纳米颗粒在物理化学性质方面不同。

在本研究中，滨州医学院陈令新研究员、吕长俊教授和宋晓冬教授等人采用了一种机械击穿方法，直接从大块塑料中生产NP。研究显示，在四种相对高丰度的NP材料PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）和尺寸为100nm的聚乙烯（PE）中， PVC诱导的肺毒性更为严重，并且这些NPs的肺细胞毒性高于商业PS NPs，并与天然颗粒二氧化硅（SiO₂）和锐钛矿二氧化钛（TiO₂）相当。从机制上讲，BH3相互作用结构域死亡激动剂（Bid）反式激活介导的线粒体功能障碍和核受体辅激活因子4（NCOA4）介导的铁蛋白吞噬或铁死亡可能是NP的主要作用机制。这项研究为评估大气NPs对肺部健康的风险提供了相对全面的数据。相关工作以“Realistic Nanoplastics Induced Pulmonary Damage via the Crosstalk of Ferritinophagy and Mitochondrial Dysfunction”为题发表在ACS Nano。

【文章要点】

本研究旨在了解NPs的潜在肺毒性及其相关机制。首先，我们在厨房搅拌机的帮助下，通过对大块塑料进行机械分解来制备纳米颗粒。该方案模拟了真实环境中发生的机械摩擦降解途径。所制备的纳米颗粒可以代表真实纳米颗粒在自然条件下的塑性材料、不规则形态、密度和添加剂组成的物理化学性质，并可更好地解释纳米颗粒在天然条件下的生物效应（图1）。

图1 NP表征

随后，作者研究了在环境相关浓度下暴露于四种相对高丰度NP材料（PS、PET、PVC和PE，约100nm）的体内和体外肺毒性。之前的研究已经提出了一个科学假设：暴露于NPs可能会激活铁蛋白吞噬和线粒体功能障碍，这两者协同导致炎症和氧化应激，最终影响肺功能。为此，作者使用CT成像、组织病理学和生化方法研究了NPs在小鼠中诱导的肺毒性。对蛋白质冠进行蛋白质组学分析，以阐明NP作用的潜在机制。研究显示，AMPK-ULK1轴触发自噬启动和NCOA4介导的自噬铁蛋白降解可能与NP诱导的铁死亡有关。此外，在铁死亡和线粒体损伤之间的联系中，Bid的线粒体反式激活在NP诱导的细胞死亡中起着关键作用。总之，铁蛋白吞噬和线粒体功能障碍的串扰导致了NP诱导的肺损伤，揭示了由细胞器相互作用介导的信号网络调节NP的肺毒性（图2）。

图2 铁蛋白吞噬或铁死亡共同导致NP相关的肺损伤

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c02335