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随着纳米塑料污染问题日益严峻，其对生物的毒性机制尚不明确。研究人员以秀丽隐杆线虫（C. elegans）为模型，研究 lincRNAs 在 PS-NPs 毒性调控中的作用与机制。结果发现多个 lincRNAs 参与其中，且 linc-11 转录过程起关键作用，为环境毒理学研究提供新方向。
在当今时代，塑料污染已成为全球关注的重大环境问题。自新世纪以来，微塑料及纳米塑料逐渐进入人们的视野，它们广泛分布于水、土壤和大气等环境介质中，甚至在极地地区都能检测到其踪迹。这些微小的塑料颗粒可通过食物链传递，最终进入人体，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。其中，聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）由于其在环境中的广泛存在以及在生物体内的潜在毒性，成为了研究的焦点。然而，目前对于 PS-NPs 在环境相关浓度下对生物体的毒性机制，尤其是长链非编码 RNA（lncRNAs）在其中的调控作用，仍然知之甚少。
为了深入探究这一复杂的科学问题，来自多个研究机构的研究人员合作开展了相关研究，研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。他们以秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，简称C. elegans）为模型生物，这种线虫具有体型小、繁殖简单、遗传突变体丰富以及分子和遗传研究方法成熟等优点，对环境毒素高度敏感，非常适合用于研究纳米塑料的毒性效应。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和 Zeta 电位分析对 PS-NPs 的理化性质进行表征；接着，利用高通量转录组测序技术，分析线虫在暴露于 PS-NPs 后的基因表达变化；此外，构建基于 CRISPR/Cas9 的 lincRNAs 敲除（KO）突变体库，并结合 RNA 干扰（RNAi）技术，深入探究 lincRNAs 在 PS-NPs 毒性调控中的作用机制。
下面来详细看看研究结果：
- PS-NPs 的理化性质分析：研究人员利用多种技术手段对 PS-NPs 进行了全面的理化性质表征。扫描电子显微镜成像显示，PS-NPs 呈球形，粒径存在一定差异。拉曼光谱分析则揭示了其具有特定的特征峰，如苯环的呼吸振动峰位于 1004.88 cm-1 ，1604.88 cm-1 和 3409.86 cm-1 处的峰分别对应苯环内碳原子的不对称拉伸振动。Zeta 电位测量结果表明，PS-NPs 的电位为 -0.49 ± 0.81 mV 。这些数据为后续准确评估 PS-NPs 的毒性提供了重要依据。
- PS-NPs 对野生型线虫的毒性评估：研究人员将同步化生长的C. elegans L1 期幼虫暴露于不同浓度（1、10 和 100 μg/L）的 PS-NPs 中 72 小时，以肠道活性氧（ROS）水平和运动行为作为毒性评估指标。结果发现，当 PS-NPs 浓度达到 10 μg/L 时，与对照组相比，暴露后的成年线虫肠道 ROS 信号显著增强，运动能力明显下降，表明 PS-NPs 对野生型线虫具有显著毒性。而 PS-NPs 的浸出液在 1 - 100 μg/L 范围内，不会引起线虫 ROS 产生的显著增加或运动行为的减少，说明 PS-NPs 的毒性并非由浸出液导致。
- PS-NPs 暴露后蛋白编码基因的失调：通过对暴露于 10 μg/L PS-NPs 72 小时的野生型线虫进行高通量转录测序，研究人员发现共有 540 个基因表达上调，800 个基因表达下调。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析显示，PS-NPs 暴露后，mRNA 变化最显著的与 G 蛋白偶联受体相关，这类跨膜蛋白在细胞内外信号转导中发挥着重要作用。qRT-PCR 验证结果与转录组分析数据一致，进一步证实了 PS-NPs 对 G 蛋白偶联受体相关基因表达的影响。
- PS-NPs 毒性对线虫 lincRNAs 表达的影响：研究人员对暴露于 10 μg/L PS-NPs 72 小时的野生型线虫转录组数据进行深入分析，发现共有 29 个 lincRNAs 表达上调，17 个 lincRNAs 表达下调。这些表达改变的 lincRNAs 占已鉴定 lincRNAs 的三分之一以上，qRT-PCR 验证了转录组测序结果的可靠性，表明 PS-NPs 的毒性会显著影响线虫 lincRNAs 的表达。
- 利用 CRISPR - 基于的 KO 突变体库评估 PS-NPs 毒性：研究人员利用 CRISPR - 基于的 lincRNAs KO 线虫品系库，对 PS-NPs 暴露后表达失调的 lincRNA 品系进行系统的毒性评估。结果显示，与野生型 N2 线虫相比，linc-7、linc-9、linc-13、linc-21、linc-24、linc-49、linc-61 和 linc-169 的 KO 线虫在暴露于 10 μg/L PS-NPs 后，肠道 ROS 信号显著激活，运动能力明显降低，表明这些 lincRNAs 的缺失会增加线虫对 PS-NPs 的敏感性。而 linc-11 和 linc-50 的 KO 线虫在相同浓度 PS-NPs 暴露下，未观察到肠道 ROS 激活和运动能力下降，说明它们的缺失使线虫对 PS-NPs 具有抗性。
- linc-11 转录过程在 PS-NPs 毒性调控中的作用：为了进一步探究 lincRNAs 在调节 PS-NPs 毒性中的作用机制，研究人员同时利用 RNAi 技术特异性敲低 lincRNAs 的成熟转录本，并与 CRISPR KO 技术进行对比。结果发现，虽然 RNAi 显著降低了 linc-11 和 linc-50 的转录本水平，但 linc-11 RNAi 线虫对 PS-NPs 毒性并未表现出抗性，这表明 linc-11 的转录活性而非转录本本身在 PS-NPs 毒性调控中起关键作用。
综合研究结论和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究人员通过系统研究，揭示了秀丽隐杆线虫 lincRNAs 在 PS-NPs 毒性调控中的重要作用。他们不仅鉴定出多个参与调控 PS-NPs 毒性的 lincRNAs，还首次发现 linc-11 的转录过程而非成熟转录本在顺式调控 PS-NPs 毒性中发挥关键作用。这一发现为深入理解纳米塑料的环境毒性机制提供了新的视角，也为环境毒理学研究开辟了新的方向，有助于进一步评估纳米塑料对生态系统和人类健康的潜在风险，为制定相关的环境保护政策和措施提供了重要的理论依据。
