聚苯乙烯纳米颗粒暴露导致Caco-2细胞DNA修复机制功能障碍的研究

本研究针对环境污染物纳米塑料对人类健康的潜在威胁，以人结肠腺癌细胞Caco-2为模型，探讨了聚苯乙烯纳米颗粒(PNPs)对DNA损伤修复机制的影响。研究人员通过细胞毒性、ROS水平、PARP-1依赖性凋亡等实验发现，虽然PNPs未直接引起DNA单双链断裂，但会诱导氧化应激并显著下调DNA损伤应答(DDR)关键基因表达，特别是碱基切除修复(BER)和双链断裂修复(DSBR)通路相关基因，提示纳米塑料可能通过损害DNA修复能力导致基因组不稳定性。该研究为评估纳米塑料的亚致死效应提供了重要依据。

　　

在塑料污染日益严重的今天，纳米塑料作为一种新兴环境污染物正引起广泛关注。这些直径1-1000纳米的微小颗粒不仅遍布海洋和陆地生态系统，更令人担忧的是，它们能通过食物链进入人体，在胃肠道、呼吸系统等多个器官积累。虽然已有研究表明纳米塑料可能引发氧化应激和炎症反应，但其对DNA修复系统的潜在影响仍不清楚。特别是作为人体第一道防线的肠道上皮细胞，长期暴露于纳米塑料会带来怎样的分子水平改变？这一科学问题亟待解答。

针对这一知识空白，来自华沙生命科学大学的研究团队在《Biological Research》发表了创新性研究成果。他们选择人结肠腺癌Caco-2细胞作为肠道屏障模型，系统评估了聚苯乙烯纳米颗粒(PNPs)对DNA损伤修复机制的影响。通过多组学方法，研究人员不仅检测了常规的细胞毒性和氧化应激指标，更深入探索了纳米塑料暴露后DNA损伤应答(DDR)通路关键基因的表达变化，为理解纳米塑料的亚致死效应提供了新视角。

研究采用了多种关键技术方法：通过台盼蓝染色和克隆形成实验评估细胞活力和长期存活率；使用DCFDA荧光探针检测活性氧(ROS)水平；采用碱性彗星实验和yH2AX免疫荧光染色分析DNA单链断裂(SSBs)和双链断裂(DSBs)；通过流式细胞术检测细胞周期分布和PARP-1依赖性凋亡；最后利用qPCR阵列对14个DDR通路关键基因进行表达谱分析。

细胞活力和氧化应激分析显示，100μg/mL PNPs处理24小时可使Caco-2细胞活力下降11%，并显著提高ROS水平。克隆形成实验表明，50-100μg/mL PNPs能显著降低细胞长期存活率，但在更高浓度(400-1200μg/mL)时毒性反而降低，可能与纳米颗粒聚集有关。值得注意的是，虽然PNPs诱导了氧化应激，但碱性彗星实验和yH2AX染色均未检测到明显的DNA单双链断裂。

细胞周期和凋亡分析发现，PNPs处理未引起明显的细胞周期阻滞或PARP-1依赖性凋亡增加。流式细胞术显示，处理组与对照组在G0/G1期(约35%)、S期(约50%)和G2/M期(约10%)的细胞比例无显著差异。PARP-1剪切体检测也显示凋亡细胞比例与对照组相当(约0.7%)。

最关键的发现来自DNA损伤修复相关基因表达谱分析。qPCR结果显示，PNPs显著下调了绝大多数检测的DDR基因，包括碱基切除修复(BER)通路的关键基因OGG1、LIG1、LIG3、PARP1和XRCC1，以及双链断裂修复(DSBR)通路的核心基因ATM、ATR、BRCA1、RAD51等。唯一例外的是PARP3基因出现轻微上调。这种广泛的基因表达抑制提示，虽然PNPs未直接造成DNA断裂，但可能通过损害细胞的修复能力间接导致基因组不稳定性。

这项研究首次系统揭示了纳米塑料对肠道细胞DNA修复网络的潜在干扰作用。研究结果表明，即使在不引起直接DNA损伤或明显细胞毒性的浓度下，PNPs仍能通过下调关键修复基因的表达来削弱细胞的DNA维护能力。这种亚致死效应在长期暴露情境下尤为值得关注，可能增加基因组不稳定性和相关疾病风险。该发现为评估纳米塑料的健康风险提供了新的分子层面证据，也为后续研究环境污染物与DNA修复系统的相互作用机制奠定了基础。未来研究需要进一步探索纳米塑料干扰DDR通路的具体分子机制，以及不同物理化学性质(如尺寸、表面修饰)的纳米塑料是否具有类似的生物效应。