孕期暴露于聚丙烯纳米塑料诱导小鼠及人iPSC来源脑类器官的神经发育毒性研究

本研究针对环境中广泛存在的聚丙烯纳米塑料(PP-NPs)通过母体吸入暴露对胎儿神经发育的潜在危害，通过小鼠模型和人iPSC来源脑类器官(COs)实验，首次揭示PP-NPs可穿过胎盘屏障抑制皮质神经元分化（TUJ1+/KI67+细胞减少），导致子代空间记忆与运动协调能力缺陷，并发现神经活性配体-受体相互作用(NLRI)通路关键靶点CYSLTR1/PTH1R的异常调控。该成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》，为评估纳米塑料的发育神经毒性提供了重要证据。

　　

在现代社会，塑料制品已成为不可或缺的存在，从食品包装到医疗设备，聚丙烯(PP)的应用无处不在。然而，这些便利的背后隐藏着巨大的环境健康隐患——塑料废弃物在自然环境中逐渐降解为微塑料(<5 mm)甚至纳米塑料(<1 μm)，通过空气、水源和土壤进入生态系统。更令人担忧的是，疫情期间全球每月丢弃约1290亿只PP材质口罩，这些口罩可能成为空气中纳米塑料的重要来源。尽管已有研究表明纳米塑料能穿透生物屏障并在器官中积累，但其通过母体吸入暴露对胎儿神经发育的影响仍是未解之谜。

针对这一科学盲区，同济大学医学院附属上海市第一妇婴保健院的研究团队开展了一项创新性研究。通过结合小鼠体内实验和人诱导多能干细胞(iPSC)来源的脑类器官(COs)模型，首次系统评估了孕期暴露于聚丙烯纳米塑料(PP-NPs)对胎儿脑发育的毒性作用及其机制。研究发现，母鼠妊娠期通过气管滴注暴露于5 mg/kg PP-NPs后，胎儿大脑皮质区神经元标志物TUJ1和增殖标记KI67表达显著降低，提示神经元分化和增殖受阻。更引人注目的是，这些子代成年后表现出明显的神经行为异常：在Morris水迷宫测试中空间记忆能力受损，转棒实验显示运动协调障碍，而旷场实验则揭示焦虑样行为增加。

为深入探究机制，研究人员建立了人源脑类器官模型，发现PP-NPs暴露导致类器官体积缩小，并剂量依赖性地下调神经元标志物(TUJ1/MAP2/PAX6)和胶质细胞标记物(OLIG2/S100B)。转录组分析揭示，神经活性配体-受体相互作用(NLRI)通路是PP-NPs干扰的核心靶点，其中半胱氨酰白三烯受体1(CYSLTR1)和甲状旁腺激素1受体(PTH1R)的表达显著下调。分子对接和免疫荧光共定位实验证实，PP-NPs能与这两种G蛋白偶联受体直接结合，可能通过破坏其神经保护功能加剧神经炎症。这些发现不仅填补了纳米塑料发育神经毒性研究的空白，也为制定孕期环境污染物防控策略提供了理论依据。

关键技术方法
研究采用气管滴注法建立孕鼠PP-NPs暴露模型（剂量5 mg/kg，隔日给药），通过免疫荧光染色分析胎儿脑组织TUJ1/KI67表达；利用人iPSC分化为脑类器官进行体外毒性评估（暴露浓度10-50 μg/mL）；结合转录组测序筛选差异表达基因，并通过分子对接预测PP-NPs与靶蛋白相互作用；行为学测试包括Morris水迷宫、转棒实验和旷场实验评估子代神经功能。

主要研究结果

1. 孕期PP-NPs暴露抑制胎儿大脑皮质发育
   胎儿皮质区神经元标志物TUJ1荧光强度降低42.3%（P<0.0001），增殖细胞标记KI67阳性率下降35.6%（P<0.05），提示PP-NPs同时损害神经发生和分化过程。

1. 子代出现多重神经行为缺陷
   PP-NPs暴露组在Morris水迷宫第4天逃避潜伏期延长2.3倍（P<0.01），平台穿越次数减少67%（P<0.001）；转棒实验跌落潜伏期缩短58%（P<0.05）；旷场中央区停留时间降低41%（P<0.01），显示认知、运动和情绪调节功能全面受损。

2. 脑类器官验证发育毒性
   50 μg/mL PP-NPs使类器官表面积缩小38%（P<0.001），TUJ1荧光强度降低52%（P<0.001），深层神经元标记CTIP2表达减少；转录组分析发现1023个基因下调，其中310个与NLRI通路相关，包括CYSLTR1（log2FC=-3.2）和PTH1R（log2FC=-2.8）。

3. 分子机制解析
   PP单体与CYSLTR1/PTH1R的对接结合能分别为-7.41和-6.91，免疫共定位证实纳米塑料与这两种受体在脑组织共分布，可能通过干扰其抗炎功能导致神经发育异常。

结论与展望
该研究首次阐明孕期吸入PP-NPs可通过抑制CYSLTR1/PTH1R信号通路破坏胎儿神经发育，这种效应在人和小鼠模型中高度一致。特别值得注意的是，PP-NPs对NLRI通路的干扰可能引发级联反应——CYSLTR1下调会打破白三烯代谢平衡，而PTH1R缺失则削弱其神经营护作用，共同导致神经炎症和突触可塑性异常。尽管研究存在暴露剂量与真实环境的差异等问题，但其创新性地整合跨物种模型和计算生物学方法，为评估纳米塑料的健康风险提供了新范式。未来研究需重点关注不同塑料成分的毒性差异，以及性别特异性易感机制，这些发现或将推动制定针对孕妇等敏感人群的环境防护指南。