供稿：冯甜，武汉大学
校稿：胡秋霜，武汉大学
推送：胡秋霜，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environment International上，标题为The size-dependence and reversibility of polystyrene nanoplastics-induced lipid accumulation in mice: Possible roles of lysosomes，通讯作者是中国科学院城市环境研究所的黄清育研究员。
纳米塑料（NPs）在全球水生和陆地系统中积累，通过食物链和/或其他途径对人类健康构成潜在威胁。体内和体外研究都证实，肝脏是活生物体中纳米塑料累积的主要目标器官之一。然而，NPs暴露是否会导致肝脏脂质代谢的大小依赖性紊乱仍然存在争议，并且NPs诱导的肝脏毒性的可逆性在很大程度上是未知的。在这项研究中，作者从自噬和溶酶体机制的角度研究了长期暴露于环境相关剂量的聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）对脂质积累的影响。
在长期毒性实验中，暴露组的小鼠分别以0.1 g/kg摄入含有100 nm和500 nm PS-NPs的食物，持续180天。100 nm和500 nm PS-NPs暴露组的相应恢复组是在暴露后继续用标准啮齿动物食物喂养小鼠50天，并且还设立了230天对照组（n = 5）。
通过体外荧光成像系统监测小鼠肝脏中100 nm和500 nm荧光PS-NPs的生物分布。如图1A和1B所示，与30天对照组相比，100 nm和500 nm PS-NPs暴露组的肝脏荧光强度显著增加。经过30天的恢复期后，100 nm和500 nm PS-NPs修复组的肝脏荧光强度显著降低。这些结果表明，100 nm和500 nm的PS-NPs都可以有效地透过肠屏障并在小鼠肝脏中蓄积。
图1 荧光PS-NPs在小鼠肝脏中的积累
作者接下来研究了100 nm和500 nm PS-NPs对小鼠的肝毒性。图2A和2B显示暴露于100 nm PS-NPs 180天比对照组体重增加，并且伴随着肝脏重量的显著增加。暴露于100 nm PS-NPs的小鼠肝脏甘油三酯（TG）增加（图2C）。在500 nm PS-NPs暴露组和180天对照组之间没有检测到体重、肝重和肝TG水平的显著差异（图2A-2C）。在50天的恢复后，尽管100 nm恢复组的体重和肝脏TG水平仍然高于恢复对照组（图2A和2C），但没有观察到肝脏重量的显著变化（图2B）。油红O染色实验进一步显示，100 nm PS-NPs诱导的肝内脂滴积聚比500 nm PS-NPs诱导的更明显。此外，与100 nm暴露组相比，100 nm PS-NPs回收组中的脂滴面积显著减少（图2D和2E）。因此，与500 nm PS-NPs相比，慢性饮食暴露于100 nm PS-NPs对小鼠肝脏脂质积累的影响更显著，并且这种影响在100 nm和500 nm PS-NPs暴露一段时间后得到有效缓解。为进一步证实PS-NPs诱导的肝脏脂质积累，作者检测了涉及脂质合成（图2F）、摄取（图2G）、氧化（图2H和2I）和分泌（图2J）的基因表达。在分子水平上，100 nm PS- NPs比500 nm PS-NPs有更强的肝脏脂质积聚作用，并且这种作用是可逆的。
图2 慢性膳食暴露于PS-NPs诱导小鼠NAFLD样表型
为阐明PS-NPs诱导肝脏脂质积聚的潜在机制，作者观察了小鼠肝脏自噬过程的变化。图3A表明，暴露于100 nm PS-NPs导致过度的自噬体形成，其特征是双膜结合的自噬空泡显著增加。此外，参与自噬体启动和形成的Beclin 1和ATG5的蛋白表达在响应100 nm PS-NPs时明显增加（图3B-3D）。类似地，自噬体形成标记蛋白LC3B II的表达和LC3B II/I的比率升高（图3B、3E和3F）。这些结果表明，100 nm PS-NPs促进小鼠肝脏自噬体的启动和形成。在500 nm PS-NPs暴露组和180天对照组之间，LC3B II/I比率和p62蛋白表达没有统计学上的显著差异；与100 nm PS-NPs暴露组相比，500 nm PS-NPs暴露组中Beclin 1、ATG5和LC3B II蛋白的倍数变化相对较低（图3B-3G）。此外，与相应的暴露组相比，100 nm和500 nm PS-NPs恢复组中Beclin 1、ATG5、LC3B II和p62的蛋白水平显著降低（图3B-3G），这表明100 nm和500 nm PS-NPs暴露诱导的小鼠肝脏自噬失调是可逆的。
图3 PS-NPs诱导小鼠自噬体形成和自噬降解的尺寸效应和可逆性
接下来，作者分析了小鼠肝脏中mTOR的蛋白表达，发现暴露于100 nm和500 nm PS-NPs抑制了mTOR的磷酸化，ERK的磷酸化水平也显著降低，表明100 nm和500 nm PS-NPs可能通过ERK/mTOR信号通路激活小鼠肝脏中自噬体的启动和形成。随后，在恢复50天后，先前降低的ERK和mTOR磷酸化水平恢复到与230天对照组相当的水平（图4A-4C）。
图4 慢性膳食暴露PS-NPs对小鼠肝脏ERK/mTOR通路的影响
最后，作者将HepG2细胞分别暴露于20 μg/mL的100 nm和500 nm绿色荧光PS-NPs。暴露24小时后，用50 nM LysoTracker Red DND-99孵育细胞30分钟。图5A表明，与500 nm PS-NPs（绿点）相比，HepG2细胞对100 nm PS-NP的摄取更高，并且内化的100 nm PS-NPs主要位于溶酶体中（黄点）。与500 nm PS-NPs暴露组相比，暴露于100 nm PS-NPs的小鼠肝脏中Rab7蛋白表达的下调更显著（图5B和5C）。溶酶体主要水解蛋白酶CTSB和CTSD在100 nm PS-NPs暴露组中显著下调，但在500 nm PS-NPs暴露组中没有下调（图5B、5D和5E）。这些结果表明，100 nm PS-NPs比500 nm PS-NPs在体内对溶酶体造成更严重的损伤。内化的100 nm和500nm PS-NPs主要在HepG2细胞的溶酶体中积累（图5A），表明存在溶酶体依赖性胞吐作用的潜在排泄途径。为了检验这一假设，作者使用离子霉素刺激溶酶体-膜融合，使用巴弗洛霉素A1抑制溶酶体酸化。图5F显示，与100 nm PS-NPs组相比，100 nm PS-NPs+离子霉素组中的细胞内荧光强度降低，而100 nm PS-NPs+巴弗洛霉素A1组中的细胞内荧光强度增加。这些结果证实了溶酶体胞吐作用是HepG2细胞中100 nm和500 nm PS-NPs的细胞清除的重要途径。
图5 PS-NPs暴露对溶酶体功能的影响
综上所述，长期口服暴露于环境相关剂量的100 nm和500 nm PS-NPs诱导小鼠肝脏脂质积累，并且在100 nm PS-NPs暴露组比在500 nm PS-NPs暴露组更明显。此外，作者首次发现100 nm和500 nm PS-NPs诱导的脂质积聚在暴露终止后是可逆的，并且溶酶体在PS-NPs暴露和随后的自我恢复过程中起着至关重要的作用。暴露于100 nm和500 nm的PS-NPs会损害溶酶体的功能，从而抑制自噬降解，并导致脂质积累。
文章编号：450
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108532
原文引用：
Yan-Yang Lu, Lu Lu, Hong-Yun Ren, Weizhen Hua, Nengxing Zheng, Fu-Yi Huang, Jiani Wang, Meiping Tian, Qingyu Huang*. The size-dependence and reversibility of polystyrene nanoplastics-induced lipid accumulation in mice: Possible roles of lysosomes. Environ. Int., 2024, 185: 108532.
