蜜蜂（Apis mellifera）和大黄蜂（Bombus terrestris）作为潜在有毒元素污染环境指标的比较分析

《Environmental Pollution》：Comparative analysis of honeybees ( Apis mellifera) and bumblebees ( Bombus terrestris) as environmental indicators of potentially toxic elements contamination

本研究通过体外实验和动力学模型，定量分析了混合尺寸微/纳米塑料对血细胞亚群选择性摄取的影响，阐明颗粒大小分布与比例通过竞争内吞途径和协同“搭便车”效应调控免疫毒性，揭示混合尺寸塑料对海洋生物健康的协同危害机制。

　　塑料污染已经成为全球性环境问题，近年来，随着塑料废弃物的不断增加，大型塑料碎片逐渐分解为微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs），这些微小的塑料颗粒广泛存在于自然环境中，并对生态系统构成潜在威胁。特别是在水生生态系统中，微塑料和纳米塑料的混合物被广泛发现，它们可能通过复杂的物理和化学过程影响生物体的健康，尤其是免疫系统。然而，目前的研究多集中于单一尺寸塑料颗粒对生物体的影响，而忽视了实际环境中塑料颗粒的多样性和混合性，导致对真实生态影响的理解存在偏差。

本研究以牡蛎（*Crassostrea hongkongensis*）为模型生物，探讨混合尺寸塑料颗粒对免疫细胞的影响机制。牡蛎作为滤食性生物，能够摄取大量海水中的颗粒物质，因此成为研究水体污染物的理想对象。此外，牡蛎的免疫系统主要依赖于循环系统中的血细胞（hemocytes），这些血细胞不仅参与非特异性免疫反应，如吞噬作用、包被作用和细胞毒性，还在维持免疫稳态方面发挥重要作用。研究发现，牡蛎的血细胞可以分为三种主要类型：粒细胞（granulocytes，G）、半粒细胞（semigranulocytes，SG）和无粒细胞（agranulocytes，AG），每种类型在颗粒识别、吞噬能力和细胞内处理方面表现出不同的特征。

本研究通过体外实验，系统分析了牡蛎血细胞在不同混合尺寸塑料颗粒暴露下的动态反应。实验中，我们选择了两种塑料颗粒组合：小尺寸纳米塑料（20 nm）与中等尺寸纳米塑料（200 nm）的混合物（S + M），以及小尺寸纳米塑料（20 nm）与大尺寸微塑料（2 μm）的混合物（S + L）。这两种混合物分别以80:20、50:50和20:80的质量比例进行配置，总浓度为5 mg/L和500 μg/L，并在10小时的体外暴露条件下进行研究。通过荧光强度的测量，我们能够量化不同血细胞类型对混合颗粒的摄取情况，并利用洛伊特加和模型（Loewe additivity approach）对实验数据进行归一化处理，以排除单一颗粒效应的干扰。

研究结果表明，粒细胞对混合尺寸塑料颗粒表现出相对无差别摄取的能力，其摄取效率在不同颗粒组合下保持较高水平。然而，半粒细胞则表现出明显的尺寸依赖性摄取行为，其摄取能力受到颗粒尺寸分布的影响。当小尺寸纳米塑料比例增加时，半粒细胞对较大颗粒的摄取能力会显著降低，而对小颗粒的摄取则会增强。这种选择性摄取机制可能与半粒细胞内部的信号传导和细胞膜受体特性有关，其在不同颗粒暴露条件下的行为差异揭示了颗粒尺寸对免疫细胞功能的调控作用。

在机制层面，研究发现大尺寸纳米塑料能够通过“搭便车”效应促进小尺寸纳米塑料的摄取，但同时也与小颗粒竞争细胞内的处理通路，从而限制了最大摄取量。这一现象表明，颗粒之间的相互作用不仅影响其摄取效率，还可能改变细胞内的处理机制。此外，当牡蛎同时暴露于小尺寸纳米塑料时，其对大尺寸微塑料的摄取效率显著提高，导致细胞内出现过载现象，进而引发溶酶体损伤和线粒体功能障碍。这种细胞内紊乱可能通过线粒体-溶酶体之间的信号交流和自噬过程进一步加剧，特别是在半粒细胞中表现更为明显。

这些发现强调了颗粒尺寸之间的相互作用在免疫毒性中的关键作用。与单一尺寸颗粒暴露相比，混合尺寸颗粒的存在会显著影响血细胞的吞噬能力，从而对免疫系统的整体功能产生更深远的影响。因此，理解颗粒尺寸之间的相互作用对于评估微塑料和纳米塑料对水生生物的健康风险至关重要。此外，研究还揭示了不同血细胞类型在处理混合尺寸颗粒时的协同机制，表明免疫细胞之间的分工合作是应对复杂环境压力的重要策略。

本研究不仅提供了关于混合尺寸塑料颗粒对免疫系统影响的新见解，还为未来环境风险评估和污染治理提供了理论依据。通过建立摄取动力学模型，我们能够更准确地预测不同颗粒组合对生物体的潜在影响，并揭示免疫细胞在处理混合颗粒时的动态变化。这些模型的应用有助于理解颗粒在不同生物体内的行为差异，为制定更有效的污染防控措施提供支持。

在实际应用中，塑料污染的治理需要考虑颗粒的多样性和混合性。传统的治理方法往往针对单一尺寸颗粒，而忽视了混合颗粒对生物体的复杂影响。因此，未来的污染治理策略应更加注重颗粒尺寸之间的相互作用，以全面评估其对生态系统的影响。此外，牡蛎作为环境监测的指示生物，其免疫系统的响应机制可以为评估其他水生生物的健康风险提供参考。

本研究的结果还提示，塑料颗粒的摄取不仅是一个简单的物理过程，还涉及复杂的生物学机制。不同血细胞类型在处理混合颗粒时表现出不同的摄取模式和处理能力，这可能与它们的生理结构、功能特性以及细胞内信号通路有关。因此，理解这些差异对于揭示塑料污染对生物体的潜在影响具有重要意义。同时，研究还发现，颗粒尺寸的改变能够显著影响血细胞的免疫功能，这种影响可能是通过改变细胞内的处理机制和免疫反应的协调性实现的。

总体而言，本研究揭示了混合尺寸塑料颗粒对水生生物免疫系统的复杂影响，强调了颗粒尺寸之间的相互作用在免疫毒性中的关键作用。这些发现不仅有助于深化对微塑料和纳米塑料对海洋生物健康风险的理解，还为未来的环境风险评估和污染治理提供了新的视角和理论支持。通过进一步研究不同生物体对混合颗粒的响应机制，我们可以更全面地评估塑料污染对生态系统的潜在威胁，并为制定有效的污染防控措施提供科学依据。