维生素K2通过调控海马和前额叶炎症及氧化应激通路预防纳米塑料诱导的术后认知障碍和运动功能障碍

针对纳米塑料（NPs）污染加剧可能增加年轻个体术后神经认知障碍（PNDs）风险的问题，上海同济大学团队通过动物实验发现，长期暴露于50 nm羧基化聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）可导致年轻小鼠术后认知缺陷、焦虑样行为和运动功能障碍。研究揭示NPs通过激活海马（HIP）炎症反应和前额叶（mPFC）氧化应激通路引发神经毒性，而维生素K2（VK2）预处理能显著改善这些异常。该成果为环境污染物与围术期神经并发症的关联提供了首个实验证据，并为VK2作为预防策略提供了理论依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，纳米塑料（Nanoplastics, NPs）已渗透至人类食物链和血液循环系统，甚至在胎盘和脑组织中检出。这种直径<100 nm的颗粒因体积微小，能穿透血脑屏障，诱发神经毒性。更令人担忧的是，临床观察发现围术期神经认知障碍（Perioperative neurocognitive disorders, PNDs）——表现为术后记忆衰退和焦虑——主要发生在老年患者中，但长期NPs暴露是否会使年轻人也沦为高风险群体，此前尚无明确答案。

为探究这一科学问题，同济大学的研究团队设计了一项创新性动物实验。研究人员选择6月龄（相当于人类青年期）的C57BL/6J小鼠，通过饮用水连续30天给予50 nm羧基化聚苯乙烯纳米塑料（10 mg/kg/天）暴露，并在第31天实施剖腹手术模拟临床情境。结果发现，这种"纳米塑料+手术"（NS）组合会引发年轻小鼠出现典型的PNDs症状：在Y迷宫测试中空间记忆能力下降40%，高架十字迷宫显示焦虑样行为增加2倍，转棒实验则揭示运动协调功能受损35%。而单独手术或NPs暴露仅引起轻微焦虑，证实二者具有协同毒性。

研究的关键突破在于揭示了维生素K2（VK2）的神经保护机制。通过RNA测序发现，NS组小鼠海马区炎症相关基因Selp（P-选择素）和Timp1（金属蛋白酶组织抑制剂1）表达激增5-8倍，同时前额叶皮层氧化应激标志物MDA（丙二醛）升高3倍而ATP（三磷酸腺苷）下降60%。VK2预处理（100 mg/kg隔日注射）不仅能逆转这些分子异常，还通过免疫荧光证实可减少50%的神经元凋亡（Cleaved caspase-3阳性细胞）和小胶质细胞过度激活（IBA-1染色面积减少65%）。

技术方法上，研究采用动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）表征NPs理化性质；通过活体荧光成像追踪脑内NPs分布；运用高通量RNA测序分析HIP和mPFC的转录组变化；结合ELISA检测炎症因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）和氧化指标（ROS、SOD、MDA）；采用免疫荧光标记神经元（NeuN）、凋亡细胞（C-caspase3）和小胶质细胞（IBA-1）。

研究结果部分：

1. NPs在HIP和mPFC积累诱导PNDs样行为：TEM显示50 nm NPs呈球形稳定分散（zeta电位-43.78 mV），荧光成像证实其穿透血脑屏障。NS组在开放旷场中心停留时间缩短70%，Y迷宫交替正确率降低45%，转棒跌落潜伏期缩短60%。

2. VK2挽救异常行为：预处理使NS小鼠的探索距离恢复至对照组90%，Epm开放臂停留时间提升2.3倍，运动协调性改善55%。血液生化显示VK2无毒性（ALT/AST正常）。

3. HIP炎症通路调控：RNA-seq发现VK2下调12个关键基因（如Selp、Timp1），ELISA显示IL-6水平降低72%。GO分析揭示这些基因富集于"细胞因子反应"和"细胞死亡"通路。

4. mPFC氧化应激缓解：VK2上调Tert（端粒酶逆转录酶）和Adam8（去整合素金属蛋白酶8）表达3倍，使SOD活性恢复85%，MDA降低68%。

5. 神经病理改善：免疫荧光显示VK2使HIP区NeuN⁺神经元密度增加40%，C-caspase3⁺细胞减少65%，mPFC小胶质细胞突起长度缩短55%。

讨论部分指出，该研究首次建立NPs暴露与年轻个体PNDs风险的因果关系，突破传统认为PNDs仅累及老年人的认知。VK2通过双重机制——抑制HIP的Selp/Timp1介导的神经炎症和修复mPFC的Tert/Adam8相关氧化损伤——展现广谱神经保护作用。但研究存在局限：未探讨NPs经肠-脑轴的间接作用；VK2最佳给药窗口期仍需优化。这些发现为塑料暴露高危人群的围术期管理提供了新思路，论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》2024年第XX卷。