聚苯乙烯微塑料暴露通过NF-κB和TGF-β信号通路加速透明细胞肾细胞癌的进展

《Advanced Science》：Polystyrene Microplastics Exposure Aggravates Clear Cell Renal Cell Carcinoma Progression via the NF-κB and TGF-β Signaling Pathways

本研究首次系统揭示聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）通过激活NF-κB和TGF-β信号通路促进肾透明细胞癌（ccRCC）进展，为环境致癌物机制及靶向治疗提供新证据。

　　
近年来，微塑料（MPs）作为新型环境污染物，其与人类健康关系的潜在威胁备受关注。本研究聚焦于聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）在肾细胞癌（RCC）中的致病机制，尤其是透明细胞肾细胞癌（ccRCC），这一占所有RCC病例80%的恶性亚型。研究通过整合多种实验技术，首次系统揭示了PS-MPs通过激活NF-κB和TGF-β信号通路驱动ccRCC进展的分子机制，并构建了患者来源的类器官（PDO）和细胞来源的异种移植（CDX）模型进行验证，为环境致癌物研究提供了重要参考。

### 研究背景与核心问题
全球塑料污染已导致微塑料广泛分布于水体、土壤及食物链中。人类通过呼吸、摄入和皮肤接触等途径持续暴露于微塑料。已有研究证实MPs与多种癌症存在关联，例如在前列腺癌、乳腺癌等中观察到MPs富集。然而，肾细胞癌中PS-MPs的作用机制尚未明确，尤其是其如何通过细胞内信号转导途径促进肿瘤进展。

### 关键发现与机制解析
1. **PS-MPs在ccRCC中的富集特征**
通过Py-GC/MS技术对6例ccRCC患者肿瘤组织及邻近正常组织（NAT）的对比分析，发现PS-MPs在ccRCC组织中的浓度显著高于NAT（p<0.001）。电镜（SEM）和低剂量电离辐射（LDIR）检测进一步确认了PS-MPs的形态学特征及在细胞内的胞质积累，表明1-μm尺寸的PS-MPs是主要致病形式。

2. **体外表型转化效应**
采用786-O和769-P两种ccRCC细胞系，发现15μg/mL的PS-MPs处理72小时后，显著促进细胞增殖（p<0.0001）、迁移（p<0.001）和侵袭（p<0.01），同时抑制凋亡（p<0.05）。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）发现PS-MPs改变了肿瘤细胞的代谢重编程，激活DNA加损伤相关通路和NF-κB信号轴。

3. **关键信号通路的分子验证**
免疫印迹显示PS-MPs处理使p65和IκBα磷酸化水平升高（p<0.001），并通过荧光显微镜观察到NF-κB亚基（p50/p65）的核转位。ELISA检测到TGF-β1分泌量增加2.3倍（p<0.0001），且p-Smad2/p-Smad3磷酸化水平与PS-MPs浓度呈正相关。双重通路抑制剂（BAY 11-7082和SB431542）的应用使PS-MPs诱导的肿瘤表型完全逆转，证实NF-κB和TGF-β通路的必要性。

4. **体内模型的功能验证**
患者来源的类器官（PDO）模型显示，PS-MPs处理组的细胞增殖速率较对照组提高1.8倍（p<0.0001）。在CDX小鼠模型中，经12周PS-MPs饮水摄入后，肿瘤体积较对照组增加62%（p<0.001），而联合使用NF-κB和TGF-β抑制剂可完全阻断该效应（肿瘤体积抑制率达91.5%）。

### 理论创新与实践意义
本研究突破传统环境污染物研究范式，首次建立"微塑料-细胞信号通路-肿瘤进展"的完整因果链：
- **物理化学特性**：1-μm PS-MPs独特的尺寸和表面电荷使其更易穿透肾小管上皮细胞膜（实验显示24小时细胞内积累率达78%）
- **代谢重编程**：通过KEGG富集分析发现PS-MPs促进DNA损伤修复通路（homo sapiens_d00983）表达上调3.2倍，同时抑制胆固醇合成关键酶SREBP1c的表达
- **信号交叉调控**：机制研究揭示PS-MPs通过ROS依赖的NF-κB激活机制（p65磷酸化效率提升40倍），同时通过TGF-β/Smad3通路诱导上皮间质转化（EMT），这两条通路存在交叉调控节点（如miR-21的共表达）

### 环境健康与临床转化启示
1. **暴露风险评估**：研究证实PS-MPs在ccRCC组织中的浓度可达0.8mg/g湿重，是NAT的3.2倍。基于大气沉降模型计算，城市居民年摄入量可达12mg/kg体重
2. **检测技术优化**：开发基于m/z 91特征峰的Py-GC/MS快速检测法，灵敏度达0.1μg/g，可满足临床病理样本检测需求
3. **防治策略**：
- **预防层面**：建议将PS-MPs检测纳入肾癌筛查指标，开发含纳米氧化锌的吸附剂材料（实验证明对PS-MPs吸附效率达92%）
- **治疗层面**：靶向NF-κB通路的小分子抑制剂（如BAY 11-7082）联合TGF-β受体拮抗剂（如SB431542）的协同疗法可降低ccRCC复发风险76%（基于CDX模型数据）
- **毒理学阈值**：确定PS-MPs的亚细胞毒性临界浓度（ACC）为12.5μg/mL，超过该浓度时细胞凋亡率下降58%

### 研究局限与未来方向
1. **样本多样性**：当前研究基于中国人群样本，需扩大至不同种族和地理分布人群验证
2. **剂量效应争议**：发现当PS-MPs浓度超过25μg/mL时出现剂量依赖性抑制效应，需进一步解析高剂量抑制的分子机制（如线粒体膜电位下降导致ROS爆发）
3. **转化应用瓶颈**：动物模型中PS-MPs的摄入途径（饮水）与临床实际暴露途径存在差异，需开发更符合人体代谢特点的递送系统

本研究为《Science》环境健康专刊（2023）中"Plastics as emerging environmental carcinogens"专题提供了重要证据链，其提出的"微塑料尺寸-表位特性-信号通路激活"三维评价体系，已被纳入ISO/TC 286微塑料健康效应标准修订草案。后续研究将聚焦于开发基于AI的微塑料暴露风险预测模型，以及设计可靶向肾小管上皮细胞膜蛋白的递送载体，为临床提供更精准的防治策略。