聚乙烯纳米塑料增强克拉维酸钾对非洲鲶鱼的毒性效应：尺寸依赖性协同作用与“特洛伊木马”机制解析

《Scientific Reports》：Polyethylene nanoplastics intensify toxicity of potassium clavulanate in African catfish (Clarias gariepinus)

本研究针对水生环境中纳米塑料与抗生素共存污染问题，以非洲鲶鱼为模型，首次系统评估了聚乙烯纳米塑料与克拉维酸钾的联合毒性效应。研究发现20 nm聚乙烯纳米塑料通过“特洛伊木马”机制显著增强克拉维酸钾的基因毒性和血细胞毒性，且毒性效应在15天恢复期后仍持续存在，为纳米塑料-药物复合污染的风险评估提供了重要科学依据。

　　

随着塑料污染的日益严重，纳米塑料（NPs）作为一种新兴污染物在水生态系统中的行为效应引起广泛关注。这些直径小于100纳米的塑料颗粒不仅本身具有潜在生物毒性，更值得警惕的是，它们能够作为载体吸附环境中的其他污染物，通过"特洛伊木马"效应增强污染物的生物可利用性。其中，抗生素类药物因其在环境中的持久性和生物活性备受关注，克拉维酸钾（CA）作为β-内酰胺酶抑制剂，在污水处理厂出水、地表水中被频繁检出，但其与纳米塑料的联合毒性效应尚未明确。

针对这一科学问题，Walied A Kamel、Alaa El-Din H. Sayed等研究人员在《Scientific Reports》上发表了创新性研究成果，首次系统探讨了不同尺寸（20 nm和80 nm）聚乙烯纳米塑料（PE-NPs）与克拉维酸钾在非洲鲶鱼中的单独及联合毒性效应。研究采用15天暴露加15天恢复的实验设计，通过多端点评估揭示了PE-NPs与CA存在的显著协同毒性，且这种毒性具有明显的尺寸依赖性，为水生环境中复合污染的风险评估提供了重要科学依据。

研究团队运用了多项关键技术方法：通过扫描电镜和傅里叶变换红外光谱对PE-NPs进行物理化学表征；采用吖啶橙染色和彗星实验分别检测红细胞凋亡和DNA损伤；使用全自动血液分析仪进行血常规参数测定；通过H&E染色、Masson三色染色和天狼星红染色进行脾脏组织病理学分析。实验选用早期幼年雄性非洲鲶鱼，将其分为对照组、CA单独暴露组、不同尺寸PE-NPs单独暴露组以及联合暴露组，在暴露期和恢复期分别取样检测。

基因毒性生物标志物

研究通过吖啶橙染色发现，20 nm PE-NPs单独暴露使红细胞凋亡显著增加2.8倍，而CA单独暴露虽未引起显著凋亡，但与20 nm PE-NPs联合后产生最强的促凋亡效应。彗星实验结果显示，CA单独暴露使DNA损伤增加1.9倍，而20 nm PE-NPs与CA联合后进一步加剧了DNA损伤，80 nm PE-NPs则无显著影响。这些结果表明PE-NPs，特别是较小尺寸的颗粒，能够增强CA引起的细胞毒性和基因毒性。

血液学参数变化

暴露15天后，CA单独引起血细胞比容（HCT）下降28%，中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞和嗜酸性粒细胞显著减少。20 nm PE-NPs单独暴露导致血红蛋白（Hb）、HCT、红细胞（RBCs）、白细胞（WBCs）和血小板等多项参数下降20-40%。联合暴露组，特别是CA+20 nm PE-NPs组，出现最严重的血液毒性，RBCs和中性粒细胞减少达45-50%。恢复期后，这些血液学异常仅部分恢复，CA+20 nm PE-NPs组仍显示广泛的血细胞减少。

组织病理学改变

脾脏组织病理学分析显示，CA单独暴露引起血管中层肥厚、淋巴细胞增生和轻度淋巴细胞耗竭。PE-NPs暴露组出现中度至重度的血管充血、出血、纤维化和淋巴细胞浸润。联合暴露组病变最为严重，表现为血管周围大量淋巴细胞浸润、红髓出血、淋巴滤泡增生和淋巴细胞耗竭。特殊染色显示胶原纤维在血管周围大量沉积，导致血管狭窄。恢复期后，脾脏病变仍保持中度至重度程度。

研究结论表明，PE-NPs与克拉维酸钾的联合暴露产生了显著的协同毒性效应，且这种效应具有明显的尺寸依赖性，20 nm的PE-NPs表现出更强的毒性增强能力。毒性机制可能涉及"特洛伊木马"效应，即PE-NPs作为载体促进CA进入细胞，引发氧化应激和炎症反应。尤为重要的是，这些毒性效应在15天的恢复期后仍持续存在，表明纳米塑料-药物复合污染可能对水生生物造成长期不可逆的生理损害。

该研究的科学意义在于首次系统揭示了PE-NPs与CA的协同毒性机制，强调了纳米塑料尺寸在毒性效应中的关键作用。研究结果对评估真实水环境中复合污染生态风险具有重要参考价值，提示现行风险评估框架需考虑污染物间的相互作用。未来研究应进一步探讨不同环境条件下纳米塑料-药物相互作用的分子机制，为制定更完善的水质标准和管理策略提供理论依据。