铜与PVC微塑料的神经毒性协同作用首次通过BDNF/miR132/FOXO3a通路触发鱼类脑细胞凋亡

本研究针对铜(Cu)与聚氯乙烯微塑料(PVC-MPs)复合污染对水生生态系统的协同神经毒性问题，通过60天慢性暴露实验，首次揭示二者通过BDNF/miR132/FOXO3a通路诱导斑鳢(Channa punctatus)脑细胞凋亡的分子机制。研究发现PVC-MPs作为铜载体显著加剧脑部Cu蓄积，引发氧化损伤、神经递质紊乱及神经结构破坏，为评估复合污染生态风险提供新依据。

　　

随着全球塑料产量预计在2050年达到330亿吨，每年近2000万吨塑料垃圾涌入水体，聚氯乙烯(PVC)作为第六大塑料品类，其衍生的微塑料(Microplastics, MPs)与重金属铜(Cu)的复合污染已成为威胁水生生态的新兴环境问题。PVC-MPs凭借高比表面积和疏水性成为重金属"特洛伊木马"，而Cu作为必需微量元素，过量时会导致神经退行性病变。这两种污染物的协同效应可能对水生生物构成"1+1>2"的威胁，但具体机制尤其是对鱼类神经系统的联合毒性仍属未知。

印度M.J.P. Rohilkhand大学的研究团队在《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》发表突破性研究，首次揭示Cu(0.85 mg/L)与PVC-MPs(0.5 mg/L)通过脑源性神经营养因子(BDNF)/miR132/FOXO3a通路诱导斑鳢脑细胞凋亡的分子机制。研究采用60天慢性暴露实验，结合氧化应激指标检测、神经递质分析、组织病理学观察及qPCR分子验证等技术，系统评估了单一及复合暴露的神经毒性效应。

主要技术方法

研究选取印度巴雷利水域的斑鳢(Channa punctatus)建立暴露模型，设置对照组、Cu单独暴露组、PVC-MPs单独暴露组及复合暴露组。通过原子吸收光谱测定脑组织Cu蓄积量，检测活性氧(ROS)、脂质过氧化(LPO)、蛋白羰基(PC)和8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)等氧化损伤标志物，分析单胺氧化酶(MAO)、乙酰胆碱酯酶(AChE)等神经酶活性，结合HE染色观察神经结构改变，并采用qPCR检测BDNF/miR132/FOXO3a通路相关基因表达。

研究结果

Bioaccumulation of Cu in the brain

复合暴露组(GIV)脑Cu蓄积量呈时间依赖性增长，60天达峰值51.34±0.12 μg/g，较Cu单独暴露组(GIII)高1.6倍，证实PVC-MPs显著促进Cu跨血脑屏障转运。

Oxidative stress and neurotoxicity markers

复合暴露组ROS水平较对照组升高3.2倍，伴随LPO、PC和8-OHdG分别增加217%、185%和198%。MAO活性上升导致多巴胺和5-羟色胺耗竭，AChE活性抑制达68.7%，引发严重胆碱能功能障碍。

Molecular mechanism of apoptosis

转录组分析显示复合暴露组bdnf和miR132表达下调2.8倍，foxo3a上调4.3倍，促凋亡基因bax/bim表达比升至5.7:1，caspase-3/9活性增加3.5倍，首次证实鱼类神经细胞通过BDNF/miR132/FOXO3a轴发生凋亡。

组织病理学观察

复合暴露组出现神经元空泡化、核固缩及海马区细胞排列紊乱，损伤程度显著重于单一暴露组。

讨论与意义

该研究突破性地揭示PVC-MPs通过"载体效应"放大Cu的神经毒性，其协同作用通过以下机制实现：(1)PVC-MPs吸附Cu后延长其在脑部的滞留时间；(2)联合暴露引发"氧化风暴"，破坏神经膜PUFA结构；(3)通过BDNF/miR132/FOXO3a通路失衡诱发线粒体依赖性凋亡。这一发现为理解环境污染物跨界联合作用提供新范式，提示现行单一污染物评估标准可能严重低估实际生态风险。

从公共卫生视角，斑鳢作为南亚地区重要食用鱼种，其神经毒性响应对食品安全具有警示意义。研究建立的BDNF/miR132/FOXO3a分子标签可为水生污染生物监测提供新靶点。论文提出的"微塑料-重金属复合毒性增强模型"为制定复合污染管控政策提供科学依据，对保护水生生物多样性及维护生态系统服务功能具有深远意义。