《Environmental Pollution》：Unseen threats: How nanoplastics trigger anxiety and depression-like behaviors in zebrafish (
Danio rerio)
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本研究探讨20 nm聚苯乙烯纳米塑料（PNPs）早期暴露对斑马鱼成年期焦虑和抑郁样行为的影响。通过整合行为学、组学分析及神经生物学研究，发现PNP暴露导致持久焦虑抑郁表型，伴随氧化应激、神经退行性变及凋亡激活等多层次机制改变。该研究为纳米塑料的环境健康风险提供了机制证据。
Meryem KANKAYNAR|Ekrem SULUKAN|Serkan YILDIRIM|Onur ?ENOL|Mehmet ATAKAY|Alper BARAN|Metin Kiliclioglu|?smail BOLAT|Emriye YILDIZ|Hacer Akgül CEYHUN|Bekir SAL?H|Saltuk Bu?rahan CEYHUN
阿塔图尔克大学自然与应用科学研究生院纳米科学系，土耳其埃尔祖鲁姆25240
摘要
纳米塑料（NPs）已成为全球关注的新兴污染物，在水、空气和食品中广泛存在，导致人类和野生动物持续且大多未被察觉的暴露。尽管有越来越多的证据表明它们具有神经毒性，但纳米塑料暴露与神经精神疾病发展之间的机制联系仍不明确。本研究探讨了生命早期接触20纳米聚苯乙烯纳米塑料（PNPs）是否会导致与焦虑和抑郁相关的持续行为和神经生物学变化。斑马鱼胚胎在发育早期仅接触PNPs，并在六个月内进行综合行为、代谢组学、组织病理学、免疫组化和基因表达分析。接触PNPs的鱼类表现出持续的焦虑和抑郁样表型，包括应激反应增强、昼夜节律紊乱、社交聚集增加以及运动方式改变。多组学分析显示，脑组织中存在神经递质失衡、氧化应激迹象、神经元退化及细胞凋亡激活，同时应激轴过度激活和转录水平上的抗氧化防御能力受损。这些发现共同提供了机制证据，表明生命早期的纳米塑料暴露可能是导致焦虑和抑郁的一个被忽视的环境风险因素。通过将行为和分子指标整合到斑马鱼模型中，本研究强调了全球监测纳米塑料污染及其对人类心理健康潜在影响的紧迫性。
引言
人们对塑料污染的担忧日益严重。从这些塑料废物中释放出的微小颗粒不仅对自然生命构成威胁，也因环境因素而对人类生命构成威胁。研究表明，塑料颗粒对生物体的负面影响与其大小成反比。特别是那些不断从主要塑料中释放的纳米级颗粒的研究尤为值得关注。与纳米塑料相关的主要问题之一是它们在环境中的积累能力。这些颗粒已在水体、土壤甚至我们呼吸的空气中被发现。它们的微小尺寸使它们能够被风和水流轻易携带，因此在许多自然栖息地中无处不在（Annangi等人，2023年；Kik等人，2020年）。许多最新研究表明，接触纳米级塑料与多种疾病的流行病学有关（Krause等人，2024年；Prattichizzo等人，2024年）。
焦虑和抑郁是全球最常见的神经精神障碍之一，显著影响生活质量并加重全球疾病负担（世界卫生组织，2023年）。预计在未来不久，抑郁将超过心力衰竭成为世界上最常见的疾病（Kumar等人，2023年；Wang等人，2007年）。焦虑和抑郁这两种神经精神障碍之间存在关联。研究表明，不仅在抑郁发作期间焦虑障碍的发生率高出约50%，而且超过50%的焦虑障碍患者也报告经历过抑郁（Kumar等人，2023年）。焦虑通常表现为对未来事件的恐惧和担忧，而抑郁则以持续的悲伤和缺乏动力为特征。然而，这两种障碍经常重叠，共享共同的分子机制和神经递质通路。这些障碍的特点是复杂的神经生物学机制，涉及神经递质系统的失调、氧化应激、神经炎症和神经可塑性的改变。尽管进行了大量研究，但其潜在的分子和细胞机制仍仅部分明了，这突显了需要实验模型来研究这些病理现象。
动物模型在阐明焦虑和抑郁的神经生物学基础方面发挥着关键作用，使研究人员能够研究疾病相关的行为并识别潜在的分子机制（Norton和Bally-Cuif，2010年）。在这些模型中，斑马鱼（Danio rerio）因其保守的神经解剖结构、快速发育以及可用的行为测定方法（与哺乳动物模型类似）而成为强大的工具（Pittman和Piato，2017年）。诸如新型水池潜水测试、社交偏好测试和尾部固定测试等行为范式已被广泛用于评估类似焦虑和抑郁的状态，为环境毒素和神经活性物质对大脑功能的影响提供了有力的见解。
鉴于人们对纳米塑料环境和健康影响的担忧日益增加，迫切需要了解其潜在的神经行为后果。本研究旨在探讨20纳米聚苯乙烯纳米颗粒（PNPs）对斑马鱼焦虑和抑郁样行为的影响，通过结合行为评估与组织病理学、免疫组学和代谢组学分析来阐明潜在机制。研究结果提供了新的见解，揭示了纳米塑料暴露如何破坏神经化学稳态、诱导氧化应激，并影响参与情绪调节的关键脑区。
实验设计与PNP暴露
本研究使用来自美国俄勒冈州立大学的AB系斑马鱼，在土耳其阿塔图尔克大学的水生生物技术实验室的斑马鱼饲养系统中饲养（Akuamaks，土耳其）。鱼类在28.5°C的标准条件下饲养，光照时间为10小时，黑暗时间为14小时。斑马鱼胚胎通过显微注射和水传播的方式接触商业购买的20纳米聚苯乙烯纳米颗粒（Thermo Fisher Scientific公司生产）。
行为测试
研究结果显示，接触20纳米聚苯乙烯纳米颗粒（PNPs）的斑马鱼表现出显著的行为改变，尤其是在焦虑和抑郁样症状方面。在新型水池潜水测试中，首次过渡到上半部分的延迟、在下半部分停留时间的增加以及冻结反应增强和异常运动，都表明了斑马鱼的焦虑行为。此外，
讨论
本研究表明，生命早期接触20纳米聚苯乙烯纳米颗粒（PNPs）会在斑马鱼中诱导显著的焦虑和抑郁样行为。这些行为背后的可能机制分别从组织病理学、免疫细胞化学、代谢组学和转录学的角度进行了讨论。
结论
总体而言，本研究提供了多层次的证据，表明生命早期接触20纳米聚苯乙烯纳米塑料（PNPs）会在成年斑马鱼中引发持续的神经行为改变，包括焦虑和抑郁样表型、异常运动以及社交和昼夜节律行为的紊乱。这些结果得到了全面的代谢组学、组织病理学、免疫组学和基因表达分析的支持，共同揭示了
作者贡献声明
Serkan YILDIRIM：撰写初稿、正式分析。Mehmet ATAKAY：正式分析。Onur ?ENOL：撰写初稿、软件使用、正式分析。Metin Kiliclioglu：正式分析。Alper BARAN：撰写初稿、正式分析、数据管理。Emriye YILDIZ：正式分析。?smail BOLAT：正式分析。Bekir SAL?H：撰写、审稿与编辑、验证。Hacer Akgül CEYHUN：撰写初稿、概念构思。Ekrem SULUKAN：撰写初稿、方法学设计，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
该项目得到了土耳其科学技术研究委员会（TUB?TAK，项目编号：122O805）和阿塔图尔克大学（BAP，项目编号：FDA-2023-13320）的支持，作者感谢TUBITAK和阿塔图尔克大学提供的财务支持。
