纳米塑料与锌的协同毒性机制：基于蚯蚓体腔细胞的氧化损伤及Cu/Zn-SOD分子互作研究

本研究针对土壤中纳米塑料(NPs)与锌(Zn)复合污染的生态风险，通过蚯蚓体腔细胞模型和分子对接技术，揭示NPs通过π-阳离子作用结合Cu/Zn-SOD活性位点，协同Zn2+ 引发氧化应激（ROS达186%），导致细胞存活率降至73.2%。该研究为土壤复合污染风险评估提供分子机制依据。

　　

塑料污染与重金属污染已成为全球性环境问题。随着塑料制品的广泛使用，难降解的塑料在环境中逐渐破碎成微米甚至纳米级颗粒。这些纳米塑料(NPs)因其微小尺寸和巨大比表面积，能吸附重金属如锌(Zn)，形成复合污染物。尽管两者单独毒性已有研究，但它们在土壤中的协同效应，特别是对土壤关键生物蚯蚓的影响机制仍不清楚。更令人担忧的是，土壤中NPs浓度可能比海洋环境高出4.23倍，而锌作为生物必需元素，过量时会导致DNA损伤和氧化代谢紊乱。这种"双重打击"如何通过分子互作放大毒性，是环境科学亟待解决的难题。

山东大学的研究团队在《Environmental Pollution》发表论文，创新性地以蚯蚓体腔细胞和Cu/Zn-SOD酶为研究对象，结合细胞实验与分子模拟技术，系统解析了NPs-Zn复合污染的协同毒性机制。研究采用CCK-8法检测细胞活力，流式细胞术定量活性氧(ROS)，圆二色谱分析蛋白质二级结构变化，并结合分子对接模拟NPs与SOD的相互作用位点。蚯蚓样本来自实验室标准化培养种群，确保实验一致性。

单因素与复合毒性对细胞活性的影响
通过比较NPs(20 mg/L)、Zn(300 mg/L)单独及联合暴露组发现：NPs单独暴露对细胞活力无显著影响(94.54%)，Zn单独暴露使活力降至80.02%，而联合暴露进一步降至73.16%，表明存在协同毒性效应。

氧化应激与抗氧化系统紊乱
联合暴露组ROS和丙二醛(MDA)水平分别飙升至186%和173%，远超单独暴露组。Cu/Zn-SOD和过氧化氢酶(CAT)活性显著抑制，揭示抗氧化防御系统崩溃是协同毒性的关键环节。

纳米塑料-蛋白质相互作用机制
动态光散射显示联合体系颗粒粒径增大，Zeta电位从-13 mV升至-7 mV，表明NPs-Zn-SOD形成更大复合物。分子对接发现NPs通过π-阳离子作用结合SOD活性中心附近的赖氨酸残基，邻近疏水氨基酸进一步稳定该结合，直接干扰酶功能。

蛋白质构象变化验证
圆二色谱显示联合暴露组SOD的α-螺旋含量降低12.7%，荧光光谱发生28 nm红移，证实NPs-Zn共同诱导了SOD结构解折叠，与分子对接预测高度一致。

该研究首次在分子水平阐明NPs作为"重金属载体"的新机制：不仅通过物理吸附增加Zn生物有效性，更直接靶向破坏抗氧化酶结构。这种"双重打击"效应导致细胞氧化损伤程度远超单独污染物叠加效应，为土壤复合污染风险评估提供了理论突破。研究启示环境标准需考虑污染物协同效应，并为开发基于SOD活性保护的生物修复技术提供新靶点。值得注意的是，蚯蚓作为土壤健康"哨兵生物"，其免疫细胞对NPs-Zn的敏感性提示这类复合污染可能通过食物链威胁高等生物，这为后续生态风险预警研究指明了方向。