在环境暴露水平下，与微塑料相比，纳米塑料会增加患帕金森病的风险

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Nanoplastics Cause an Increased Risk of Parkinson’s Disease Compared to Microplastics at Environmental Exposure Levels

本研究通过吸入模型发现，长期暴露于20 nm的聚苯乙烯纳米塑料（PS-NP）较微塑料（PS-MP）更易在纹状体和黑质中积累，导致PD相关行为异常（如运动协调下降、焦虑样行为）及神经病理改变（如多巴胺能神经元丢失、磷酸化αSyn蛋白聚集及神经炎症加剧）。RNA测序和蛋白质组学分析显示PS-NP显著调控Kcnn4、Tlr7等PD相关基因表达，其毒性机制涉及氧化应激、线粒体功能障碍及小胶质细胞激活。研究证实纳米塑料的尺寸依赖性神经毒性可能成为帕金森病的新环境风险因素。

　　在现代社会中，塑料污染已成为全球性的环境问题，其影响范围从海洋生态系统扩展至空气环境，并进一步与人类健康风险相关联。近年来，研究者开始关注空气中的微塑料（MP）和纳米塑料（NP）对神经系统可能产生的影响，尤其是它们与神经退行性疾病如帕金森病（PD）之间的潜在联系。尽管已有大量文献探讨了MP和NP的毒理学特性，但关于它们是否能够通过吸入途径进入大脑并引发神经退行性变化的研究仍显不足。为此，本研究旨在评估长期吸入聚苯乙烯纳米塑料（PS-NP）对帕金森病的潜在影响，同时比较其与微塑料（PS-MP）的神经毒性差异。

研究采用了一种系统的实验设计，包括对PS-NP和PS-MP的物理化学特性分析、体外细胞实验、动物模型建立以及对神经行为和病理学变化的评估。实验中，研究人员使用了两种不同尺寸的PS颗粒：20纳米的PS-NP和0.25微米的PS-MP。通过每日吸入暴露16周，研究了这些塑料颗粒在大脑中的分布及其对神经功能的影响。结果显示，尽管PS-NP的暴露剂量远低于人类等效的环境暴露水平，但其在大脑特定区域（如纹状体和黑质致密部）的积累显著高于PS-MP，且其引发的神经行为和病理学变化更为严重。

从实验结果来看，PS-NP对神经元的影响更为显著。在体外实验中，SH-SY5Y细胞作为多巴胺能神经元的模型，被用于评估PS-NP和PS-MP的细胞毒性。结果显示，PS-NP在所有浓度下均表现出更高的细胞毒性，尤其是在200 ppm时，其对细胞活力的影响远大于PS-MP。此外，免疫细胞化学（ICC）分析显示，PS-NP导致的神经元形态损伤更为明显，表现为神经突触减少和细胞结构异常。这些发现支持了PS-NP在神经毒性方面的优势，可能与它们的尺寸和表面特性有关。

在动物实验中，研究人员观察到PS-NP暴露对神经行为的影响更为显著。例如，在旋转棒测试中，PS-NP暴露的小鼠表现出更短的协调时间，说明其运动协调能力受损。在平衡杆测试中，PS-NP组小鼠出现更多的足滑现象，进一步表明其对精细运动协调的影响。此外，PS-NP还导致了更严重的运动反射（splay reflex）和握力测试结果的下降，显示出对神经肌肉功能的损害。这些行为变化与帕金森病的典型症状高度一致，表明PS-NP可能通过影响神经元功能和神经递质系统，诱发类似帕金森病的病理特征。

在神经病理学分析中，研究人员发现PS-NP暴露显著降低了酪氨酸羟化酶（TH）的表达，这是多巴胺能神经元的重要标志物。同时，PS-NP还导致了磷酸化α-突触核蛋白（phospho-αSyn (Ser129)）的异常聚集，这在帕金森病中是一个关键的病理特征。此外，PS-NP暴露还引发了显著的胶质细胞激活，包括星形胶质细胞（GFAP）和小胶质细胞（IBA1）的表达增加，以及促炎性细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的上调。这些发现表明，PS-NP不仅能够进入大脑，还可能通过激活神经炎症反应，促进神经退行性变化。

从分子机制角度来看，研究还利用转录组分析（RNA-Seq）和功能注释聚类（FAC）揭示了PS-NP暴露对大脑中PD相关基因表达的广泛影响。在纹状体和黑质致密部，PS-NP暴露导致了Kcnn4和Neurod1基因的上调，以及Tlr7和Cartpt基因的下调。这些基因的改变与帕金森病的典型病理特征相吻合，进一步支持了PS-NP对神经系统的潜在危害。此外，GeneMANIA网络分析显示，PS-NP暴露影响了与应激反应、代谢、神经连接、炎症和神经递质传递相关的基因表达，这表明其可能通过多种分子机制影响神经功能。

尽管本研究发现PS-NP暴露对神经系统的危害更为严重，但其实际暴露剂量远低于人类环境暴露水平。这种“低剂量高影响”的现象提示，即便在较低的暴露条件下，纳米塑料也可能对神经系统造成显著影响。这种现象与近年来对环境暴露中低剂量污染物的研究趋势相一致，表明纳米塑料的毒理学效应可能在环境浓度下就已显现。

此外，研究还探讨了PS-NP可能的神经毒性机制。例如，PS-NP能够通过内吞作用进入神经元和胶质细胞，引发氧化应激、炎症反应和线粒体功能障碍。这些效应可能通过激活慢性神经炎症，增加神经元的脆弱性，从而促进帕金森病的进展。在实验中，研究人员还发现PS-NP暴露导致了DNA修复途径的激活，这可能是机体对塑料颗粒引发的损伤的一种反应。然而，这种修复机制可能并不足以防止神经退行性变化的发生，反而可能加重病理过程。

在实际应用中，本研究的结果具有重要的现实意义。首先，它强调了纳米塑料作为新型环境风险因素的重要性，尤其是在与帕金森病相关的神经退行性疾病中。其次，它为评估空气中的塑料污染对人类健康的影响提供了新的视角，尤其是在神经系统的层面。最后，它为未来的环境政策制定提供了科学依据，提示需要进一步关注空气中的纳米塑料污染，并考虑其对神经系统的潜在危害。

尽管本研究提供了重要的证据，但其局限性也不容忽视。首先，实验仅使用了单一聚合物（聚苯乙烯）和特定的颗粒尺寸，这可能无法全面反映真实环境中塑料污染的复杂性。其次，尽管实验结果在动物模型中具有一定的代表性，但其与人类的直接关联仍需更多的研究来验证。此外，研究还未能完全揭示PS-NP对神经系统长期影响的具体机制，这为未来的研究提供了方向。

总的来说，本研究为理解空气中的微塑料和纳米塑料对神经系统的潜在危害提供了新的视角。通过系统评估PS-NP和PS-MP的神经行为和病理学变化，研究揭示了纳米塑料在神经毒性方面的独特作用，以及其可能对帕金森病的贡献。这些发现不仅加深了我们对塑料污染与神经退行性疾病关系的理解，也为未来的环境健康研究和政策制定提供了重要的科学依据。