羧酸酯聚苯乙烯纳米塑料会干扰有丝分裂进程并导致染色体不稳定

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Carboxylate polystyrene nanoplastics disrupt mitotic progression and induce chromosomal instability

染色体不稳定；纳米塑料；有丝分裂异常；微管稳定性；中心体功能

　　随着塑料在日常生活中的广泛应用，其对环境和人类健康的潜在危害逐渐引起科学界的关注。塑料污染不仅影响生态系统，如空气、水和土壤，还成为全球性环境问题。在自然环境中，塑料会经历一系列的降解过程，如光氧化、热氧化、水解、机械降解以及微生物降解，这些过程被称为塑料老化，最终形成不同形状、大小和化学修饰的碎片。目前，塑料根据其尺寸被划分为微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs），其中纳米塑料因其更小的尺寸而更容易被细胞吸收。本研究聚焦于一种非致死剂量的羧基聚苯乙烯纳米塑料（cPS-NPs），探讨其对细胞分裂过程的潜在影响，特别是其如何导致染色体不稳定性。

研究团队选择HCT116细胞作为实验对象，因为这些细胞具有高度的增殖能力，并且其染色体数目接近二倍体，适合评估染色体稳定性。他们发现，cPS-NPs在非致死剂量下并不会显著影响细胞存活、增殖或细胞周期，但在长时间暴露后，会引发染色体分离错误，从而导致微核的形成。微核是染色体不稳定的标志，表明染色体未能正确分配。此外，研究还发现，cPS-NPs在细胞内主要积累在中心体附近，这可能干扰正常的染色体分离过程。中心体是微管组织中心，由母中心粒和子中心粒组成，其功能受损可能导致微管过度稳定，从而影响染色体的正确排列和分离。

在细胞分裂过程中，染色体需要在中期板上对齐，这一过程依赖于中心体、染色体粘连、动粒-微管连接（KT-MT）以及纺锤体装配检查点（SAC）。SAC的作用是确保染色体正确连接到纺锤体微管，并且在染色体未正确连接时阻止细胞进入有丝分裂的后期。然而，研究发现，cPS-NPs导致的动粒-微管连接错误，如顺式连接（syntelic）和反式连接（merotelic），可能削弱SAC的活性，使得细胞在错误连接的情况下仍能进入有丝分裂后期。顺式连接是指两个动粒连接到同一纺锤体极的微管，而反式连接是指一个动粒连接到两个纺锤体极的微管。这些连接错误会导致染色体排列不正，从而在细胞分裂过程中引发染色体延迟分离和微核形成。

研究进一步发现，cPS-NPs不仅影响动粒-微管连接，还可能干扰微管的动态平衡。微管的过度稳定可能与cPS-NPs的表面特性有关，这些特性可能增强其与生物分子的相互作用，进而影响微管的组装和解聚。此外，研究还发现，cPS-NPs可能影响Aurora激酶A和B的活性，这两种激酶在中心体功能和动粒-微管连接中起着关键作用。Aurora激酶A的活性降低可能导致中心体异常增殖，而Aurora激酶B的活性下降则可能影响动粒-微管连接的稳定性，进而导致染色体分离错误。

为了验证这些发现，研究团队采用了一系列实验方法，包括透射电子显微镜（TEM）观察纳米塑料的形态和大小，动态光散射（DLS）和激光多普勒测速（LDV）分析纳米塑料的分散性和表面电荷，以及免疫荧光染色和荧光显微镜观察染色体的排列和微管的动态变化。他们还通过实时显微镜和细胞周期分析，研究了cPS-NPs对细胞分裂过程的影响。结果显示，cPS-NPs的积累可能导致中期阶段延长，而这种延长可能与染色体排列异常和微管过度稳定有关。

研究还指出，尽管非致死剂量的cPS-NPs在短期内不会导致细胞死亡，但其对染色体稳定性的影响可能是长期的。这种影响可能通过干扰中心体功能、微管动态以及动粒-微管连接来实现。研究团队认为，这些异常可能作为评估纳米塑料致毒性的潜在指标。此外，他们强调，尽管已有研究关注纳米塑料对细胞的氧化应激影响，但其对染色体稳定性的破坏仍是一个未被充分研究的领域。

研究的局限性在于仅使用了HCT116细胞系，而未涉及正常肠上皮细胞，这可能限制其结果的普遍适用性。此外，体外实验无法完全模拟肠道环境，包括微绒毛、黏液层、微生物群以及剪切力等因素，这些都可能影响纳米塑料的行为。因此，未来的研究应考虑在动物模型中进一步验证这些发现，以更全面地理解纳米塑料对生物体的潜在影响。

综上所述，这项研究揭示了非致死剂量的cPS-NPs如何通过干扰中心体功能、微管动态和动粒-微管连接，导致染色体不稳定性。这些发现不仅为理解纳米塑料的毒性机制提供了新的视角，也为评估其对环境和人类健康的潜在风险提供了重要的科学依据。未来的研究应进一步探索不同类型的纳米塑料对染色体稳定性的影响，并开发更有效的监测方法，以评估其在环境中的致毒潜力。