阳离子纳米塑料通过干扰核心昼夜节律转录因子Bmal1诱发肺铁死亡的作用机制及天然激动剂的干预研究

本研究针对大气中阳离子纳米塑料（APS-NPs）的肺毒性机制不明问题，通过体内外模型揭示APS-NPs通过抑制Bmal1/Nrf2/HO-1通路诱发铁死亡（ferroptosis），并首次发现天然化合物mogrol（Mg）可通过激活Bmal1发挥保护作用，为纳米塑料肺损伤防治提供新靶点。

　　

随着塑料污染日益严重，空气中微纳米塑料（NPs）的浓度持续攀升，这些直径小于0.1微米的颗粒物能深入肺泡，对人类呼吸系统构成重大威胁。尤其值得注意的是，在复杂大气环境中，纳米塑料表面会携带不同电荷，其中阳离子修饰的聚苯乙烯纳米塑料（APS-NPs）因其与带负电的细胞膜强相互作用，表现出更强的生物毒性。尽管前期研究发现APS-NPs能通过NLRP3/Caspase-1通路诱发肺细胞焦亡，但其通过吸入暴露的具体毒性机制仍不明确，更缺乏有效的干预策略。与此同时，越来越多的证据表明，昼夜节律紊乱与多种环境污染物毒性相关，核心生物钟转录因子Bmal1（brain and muscle arnt-like 1）在肺损伤修复中起关键作用，但其在纳米塑料肺毒性中的调控机制尚未阐明。

中国药科大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，首次揭示了APS-NPs通过干扰Bmal1介导的抗氧化通路诱发肺铁死亡的分子机制，并发现天然产物mogrol（罗汉果活性成分）可作为Bmal1激动剂减轻肺损伤。该研究采用吸入暴露小鼠模型和人肺上皮细胞（MLE-12）体系，结合转录组测序、细胞热转移实验（CETSA）和药物亲和靶标稳定性（DARTS）等技术，发现APS-NPs暴露导致肺组织566个差异表达基因，显著富集于昼夜节律通路。进一步实验证实，APS-NPs通过抑制Bmal1表达，阻断其下游Nrf2（核因子E2相关因子2）/血红素加氧酶-1（HO-1）抗氧化信号级联，导致活性氧（ROS）积累和脂质过氧化，最终诱发铁死亡——一种铁依赖性程序性细胞死亡形式。尤为重要的是，通过基因沉默和激动剂干预实验，研究者不仅验证了Bmal1的核心调控作用，还发现mogrol能直接结合Bmal1蛋白，激活Nrf2/HO-1通路，有效缓解APS-NPs诱导的肺损伤。

关键实验技术

1. 吸入暴露系统：采用口鼻暴露塔模拟真实大气暴露场景
2. 转录组测序：筛选差异表达基因及KEGG通路富集分析
3. 分子互作验证：CETSA和DARTS技术确认mogrol与Bmal1的直接结合
4. 铁死亡检测：通过GSH/GSSG比值、脂质ROS和铁离子含量等多维度评估

主要研究结果

Examination of APS-NPs
扫描电镜（SEM）显示100 nm APS-NPs呈球形，zeta电位+21.7 mV，证实其阳离子特性。

Inhalation of APS-NPs caused pathological damage and oxidative stress to the lung tissues of mice
吸入暴露28天后，小鼠肺组织出现炎性浸润和肺泡壁增厚，伴随谷胱甘肽（GSH）耗竭、丙二醛（MDA）升高和铁蓄积等铁死亡特征。

Discussion
研究首次将昼夜节律紊乱、氧化应激与铁死亡三者关联，提出"Bmal1-Nrf2-HO-1"轴是APS-NPs肺毒性的核心机制。大气NPs污染与多种呼吸系统疾病（如肺气肿、肺结节）的流行病学关联获得实验支持。

Conclusions
研究不仅阐明APS-NPs通过抑制Bmal1诱发肺铁死亡的分子机制，还发现mogrol作为天然Bmal1激动剂的治疗潜力，为防治纳米塑料呼吸毒性提供创新思路。

Environmental implication
研究强调阳离子纳米塑料作为新兴空气污染物的特殊风险，其通过干扰生物钟系统加剧毒性，为环境健康风险评估提供新维度。

这项研究的突破性在于，首次将昼夜节律调控网络与环境污染物毒性机制相联系，不仅拓展了对纳米塑料生物毒性的认知边界，还为开发基于生物钟调节的肺保护策略奠定基础。研究者特别指出，mogrol作为传统中药罗汉果的活性成分，其良好的安全性和明确的靶向性，使其具备临床转化潜力。未来研究可进一步探索Bmal1基因多态性与人群纳米塑料易感性的关联，为精准预防提供依据。