长期低剂量聚苯乙烯微塑料和纳米塑料暴露对人iPSC来源心肌细胞的毒性研究

微塑料和纳米塑料(MNPs)污染日益严重，但其对人类心血管系统的长期低剂量毒性机制尚不明确。研究人员采用人诱导多能干细胞来源心肌细胞(hiPSC-CMs)模型，系统评估了20天低剂量(0.1 μg/L)聚苯乙烯(PS) MNPs暴露的心脏毒性。研究发现PS MNPs通过线粒体功能障碍导致Ca2+瞬变异常、收缩力下降及心肌肥大表型加剧，首次揭示了环境相关浓度MNPs对人类心肌细胞的慢性损害机制，为评估塑料污染心血管风险提供了重要实验依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，每年超过3亿吨的塑料产量中仅有少量被回收，大部分最终分解为微塑料(<5 μm)和纳米塑料(<1 μm)(MNPs)。这些微小颗粒已在水体、土壤、空气乃至生物体内广泛检出，人类主要通过饮食摄入这些污染物。更令人担忧的是，最新临床研究发现MNPs存在于人类冠状动脉斑块和心肌组织，与心血管事件风险升高4倍相关。然而，现有毒性研究多采用远超实际暴露浓度(mg/L级)和短期实验模型，难以真实反映人类长期低剂量暴露的生物学效应。

美国辛辛那提大学的研究团队在《Food and Chemical Toxicology》发表重要成果，首次利用人诱导多能干细胞来源心肌细胞(hiPSC-CMs)模型，系统评估了20天低剂量(0.1 μg/L)聚苯乙烯(PS)微塑料(1 μm, PS-1)和纳米塑料(0.05 μm, PS-0.05)的心脏毒性效应。研究采用动态光散射(DLS)表征颗粒特性，通过高内涵成像分析细胞形态，结合钙成像和收缩力检测评估功能变化，并运用JC-1染色、MitoSOX等检测线粒体功能。

Characterization of PS MNPs
扫描电镜证实PS-0.05和PS-1均为规则球形，DLS显示其流体力学直径分别为52±5 nm和1±0.1 μm。值得注意的是PS-1呈现双峰分布，提示可能存在聚集现象。

PS MNPs引起剂量依赖性细胞活力下降
暴露20天后，PS-0.05和PS-1在10 μg/L时分别使细胞活力降低至对照组的78%和85%，而0.1 μg/L的低剂量虽未显著影响存活率，但已诱发功能异常。

低剂量PS MNPs损害心肌细胞收缩功能
0.1 μg/L PS-0.05使收缩峰值降低32%，收缩/舒张时间延长25%；PS-1则导致Ca²⁺瞬变幅度下降28%。两种颗粒均显著扰乱Ca²⁺瞬变动力学，表现为瞬变持续时间延长和衰减速率减慢。

纳米塑料加剧病理性心肌肥大
在血管紧张素II诱导的肥大模型中，PS-0.05使细胞面积增加40%，促肥大标志物proBNP表达升高2.3倍，而PS-1仅轻微加重肥大表型，提示纳米尺寸颗粒更具病理潜能。

线粒体功能障碍是核心毒性机制
PS MNPs使线粒体膜电位(ΔΨm)降低35-50%，线粒体活性氧(ROS)产生增加2-3倍，伴随总细胞内ROS水平升高1.8倍。抗氧化剂NAC可部分逆转收缩功能损伤，证实氧化应激的关键作用。

这项研究首次在人类心肌细胞模型中证实，环境相关浓度的MNPs长期暴露即可通过线粒体-氧化应激轴引发收缩功能障碍和病理性重构。特别值得注意的是，纳米塑料(PS-0.05)在低至0.1 μg/L时即表现出比微塑料更强的促肥大效应，这与其更强的细胞穿透能力和比表面积相关。研究为解释临床观察到的MNPs与心血管疾病关联提供了分子层面的实验证据，提示当前塑料污染可能构成潜在的心脏健康威胁。从公共卫生角度，该成果强调需要重新评估环境MNPs的安全阈值，并为开发针对性防护策略提供了科学依据。