不同粒径纳/微塑料对人脐静脉内皮细胞的自噬影响及机制研究
作者单位：中国科学院城市环境研究所
会议名称：《中国毒理学会第十次全国毒理学大会》
会议日期：2023年
摘 要：目的纳/微塑料(NMPs,1 nm～5 mm)污染遍布水、大气和土壤等各种环境介质,成为全球性的重大环境问题。研究表明,NMPs已危及食品安全,并可通过食物链传递进入人体循环系统,对人类健康构成潜在威胁。血管是NMPs进入人体循环系统后的首要靶器官,血管内皮细胞是首当其冲的受害细胞,但相关毒理学研究仍处于起步阶段,致毒效应和机制仍不明确。材料与方法实验选用100 nm和500 nm两种粒径的球形聚苯乙烯纳塑料(PS-NMPs)为研究对象,以人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为细胞模型,探究不同粒径纳/微塑料与HUVEC细胞的相互作用关系及诱导自噬效应的差异性,主要方法包括:流式细胞术检测细胞与PS-NMPs的相互作用关系;透射电镜显微镜和扫描电子显微镜观察PS-NMPs在细胞膜和细胞质中的分布;Western blot法检测自噬相关蛋白的表达;慢病毒感染实验分析细胞的自噬流水平等。结果在5,10和25μg/mL的暴露浓度下,100 nm和500 nm的荧光PS-NMPs均可与HUVEC细胞相互作用,从而导致细胞膜的损伤。在亚细胞结构上,100 nm PS-NMPs的暴露导致细胞自噬体的数量较对照比明显增加,同时自噬溶酶体的数量有所减少。在分子水平上,100 nm PS-NMPs促进LC3BⅠ向LC3BⅡ不断转化,并增加LC3BⅡ和BECN1蛋白的表达。但500 nm PS-NMPs对HUVEC细胞自噬相关的蛋白表达和自噬溶酶体的数量均没有显著影响。这些说明100 nm PS-NMPs诱导HUVEC细胞自噬体的积累并抑制自噬流的水平,而500 nm PS-NMPs对此自噬效应却没有显著影响。进一步的研究还发现,在100 nm PSNMPs处理组中,溶酶体膜蛋白LAMP-2和溶酶体水解酶蛋白CTSB的表达显著减少;而500 nm PS-NMPs处理组中的LAMP-2和CTSB蛋白水平没有明显变化。这些结果表明100 nm PS-NMPs,而不是500 nm PS-NMPs,导致HUVEC细胞溶酶体功能障碍,这可能是100 nm PS-NMPs诱导自噬流受损和自噬降解能力下降的主要原因。结论 100 nm和500 nm两种粒径的纳/微塑料均可与HUVEC细胞相互结合,虽未诱导细胞的炎症反应和氧化胁迫,但500 nm的PS-NMPs能够吸附于细胞膜表面,造成膜损伤;而较小粒径(100 nm)的PS-NMPs却能被细胞摄取且在细胞质中不断蓄积,不仅导致细胞膜损伤,还诱导自噬体的形成,损伤溶酶体的功能,进而抑制整个自噬流的水平。本研究为不同粒径纳/微塑料的心血管毒性效应与机制提供了新的见解,相关研究成果以第一作者身份发表在环境科学Top期刊Journal of Hazardous Materials上。