光老化聚苯乙烯纳米塑料通过氧化应激诱导HepG2细胞糖代谢紊乱的机制研究

本研究聚焦环境持久性污染物微纳塑料（MNPs）的光老化毒性机制，针对既往研究多关注原始MNPs而忽视老化后毒性的空白，以人肝癌细胞（HepG2）为模型，系统比较原始与不同光老化时长（8天/32天）聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）的毒性差异。研究发现长期光老化PS-NPs通过表面含氧基团增加、氧化应激加剧等途径，显著抑制细胞活力并扰乱葡萄糖代谢关键基因表达，为评估真实环境中老化MNPs的健康风险提供重要依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，每年约4亿吨塑料进入自然环境，经紫外线辐射、机械磨损等作用降解为微米级（<5 μm）和纳米级（<100 nm）塑料颗粒。近年研究震惊地发现，这些微纳塑料（MNPs）已侵入人体血液、胎盘甚至动脉粥样斑块。作为主要代谢器官，肝脏成为MNPs毒性作用的"重灾区"，但现有研究多聚焦原始塑料颗粒，对环境中普遍存在的经光照老化的MNPs毒性认知严重不足。更关键的是，MNPs诱发糖代谢紊乱的具体分子机制仍是未解之谜。

山西大学研究团队在《Environmental Pollution》发表的研究，首次系统揭示光老化聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）通过氧化应激途径扰乱肝细胞糖代谢的级联机制。研究人员采用汞灯模拟自然环境紫外线辐射，制备短期（8天）和长期（32天）光老化PS-NPs，通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术表征颗粒表面特性变化，结合细胞活力检测、转录组分析和葡萄糖代谢相关基因表达测定，阐明老化程度与毒性的剂量-效应关系。

Photoaged PS-NPs
研究通过紫外辐射工程成功构建不同老化程度的PS-NPs模型。长期老化（32天）使颗粒表面产生大量羟基、羧基等含氧官能团，粒径分布变宽且表面电荷改变，这些物化性质变化为后续毒性差异奠定基础。

Cell viability
浓度≥50 μg/mL的长期老化PS-NPs可抑制HepG2细胞活力超10%，显著强于原始颗粒。特别在50-150 μg/mL区间，老化32天颗粒的毒性呈现时间依赖性增强，证实环境老化过程会实质性提升MNPs的生物危害。

Discussion
机制研究表明，老化PS-NPs表面增加的含氧基团促进活性氧（ROS）爆发，通过氧化应激途径干扰葡萄糖转运体（GLUTs）和己糖激酶（HK2）等关键代谢酶表达。转录组分析揭示长期老化颗粒特异性下调胰岛素信号通路相关基因（如IRS1、AKT2），而短期老化仅在高浓度时引起类似效应。这种剂量-时间双重依赖性毒性模式，为解释环境实际MNPs暴露与代谢疾病关联提供分子证据。

Conclusions
该研究突破性地证实：①环境光老化过程通过改变PS-NPs表面特性显著增强其肝细胞毒性；②长期老化颗粒通过氧化应激-糖代谢基因调控轴诱发剂量依赖性代谢紊乱；③老化产生的含氧官能团是毒性增强的关键结构基础。这些发现为修订环境MNPs风险评估框架提供科学依据，提示现行以原始颗粒为对象的安全标准可能严重低估实际风险。研究建立的紫外老化模型和分子毒性通路，为后续开展真实环境样本的健康效应研究奠定方法学基础。