综述：吸入性纳米塑料引发的肺细胞线粒体应激反应

本综述系统探讨了吸入性纳米塑料（NPs）对肺细胞线粒体功能的影响，重点分析了其通过诱导线粒体氧化应激（ROS）、破坏膜电位（ΔΨ）和激活线粒体-细胞核逆向信号通路（UPRmt）等机制，导致线粒体动力学异常、能量代谢紊乱和细胞死亡（如ferroptosis），进而加剧慢性阻塞性肺疾病（COPD）、特发性肺纤维化（IPF）等呼吸系统疾病的发展，为评估纳米塑料的健康风险和开发干预策略提供了关键科学依据。

　　

纳米塑料在呼吸系统中的摄取与分布

纳米塑料主要通过吸入途径进入人体，其粒径（通常＜100 nm）远小于微塑料，可深入肺泡区域并与上皮细胞直接相互作用。颗粒的细胞摄取效率受粒径、浓度、表面电荷和形状调控：较小粒径（如25 nm）的聚苯乙烯（PS）纳米塑料比大粒径（70 nm）更易被A549细胞（人肺泡上皮细胞）内化；带正电荷的胺修饰PS纳米塑料因与负电荷细胞膜静电作用强，内化率更高。纳米塑料在肺内沉积后，可被肺腔液包裹并形成蛋白冠（如黏蛋白），减弱细胞毒性但促进细胞摄取；未被巨噬细胞清除的颗粒可穿透肺泡上皮，进入血液循环和淋巴系统，引发全身性分布。

纳米塑料暴露的病理后果

慢性吸入纳米塑料可导致呼吸系统疾病恶化：

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  炎症与氧化应激：纳米塑料诱导活性氧（ROS）过量产生，抑制超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶活性，导致脂质过氧化（如MDA升高）和DNA损伤。
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  线粒体功能障碍：表现为膜电位（ΔΨ）下降、钙离子（Ca²⁺）稳态失衡、电子传递链（ETC）活性降低和ATP合成受损。
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  细胞死亡与纤维化：纳米塑料激活TNF-α通路和Caspase-3/8/9，诱发凋亡；通过铁死亡（ferroptosis）和上皮-间质转化（EMT）促进肺纤维化，上调Igkv14-126、Egr1等促纤维化基因。
  研究证实，纳米塑料在哮喘、COPD和IPF模型中加剧线粒体网络破碎、嵴结构消失和线粒体肿胀等病理变化。

肺细胞中线粒体应激响应的机制

线粒体作为细胞能量和应激调控中心，通过逆向信号通路（线粒体→细胞核）响应纳米塑料胁迫：

1. 1.
   应激信号释放：ROS、Ca²⁺、ATP/ADP比值变化和UPR_mt（线粒体未折叠蛋白反应）作为信使激活核转录。
2. 2.
   核响应与线粒体重塑：细胞核通过调控PGC-1α/NRF1/2/TFAM轴介导线粒体生物合成（mitogenesis），通过DRP1（ fission）和MFN1/2、OPA1（ fusion）动态调节网络形态，并通过PINK1/PARKIN通路启动线粒体自噬（mitophagy）以清除损伤线粒体。
3. 3.
   适应与失控：低剂量应激触发保护性适应（如抗氧化基因上调），但高剂量或慢性暴露导致修复机制崩溃，加剧线粒体损伤和细胞死亡。

纳米塑料特性的毒性影响

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  粒径：小粒径（25 nm）纳米塑料更易内化，引发更强S期细胞周期阻滞和炎症基因（如IL-6、CXCL8）上调。
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  浓度与时间：毒性呈浓度依赖性，高浓度（如160 μg/ml）显著降低细胞活力，长期暴露（48–96小时）诱导衰老和自噬。
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  表面电荷：正电荷颗粒肺蓄积更强，负电荷颗粒（如COOH-PS）更易激活气道离子通道（如Cl^-/HCO₃^- efflux）。
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  模型差异：癌细胞模型（如A549）可能低估毒性，原代细胞或类器官模型更贴近生理响应。

研究空白与未来方向

当前研究缺乏定量肺内纳米塑料沉积数据、UPR_mt特定标记（如ATF4/5、CHOP）的直接证据，以及线粒体生物合成与自噬通路的深入验证。未来需结合类器官、动物模型和多组学分析，阐明线粒体逆向信号在纳米塑料毒性中的核心作用，为制定干预策略提供依据。