纳米塑料与苯并[a]芘复合暴露对蚯蚓溶菌酶功能的跨层级毒性机制研究

本研究针对土壤中纳米塑料(PS NPs)与多环芳烃(BaP)复合污染的生态风险问题，通过整合细胞氧化应激响应与蛋白质构效关系分析，首次揭示了PS NPs在BaP共存条件下"胞内缓解-分子干扰"的双重毒性作用模式。研究发现PS NPs可降低BaP诱导的细胞内ROS水平(最高减少23.1%)，却在分子水平协同破坏溶菌酶(LZM)催化活性(从86.9%降至83.5%)，为建立基于膜完整性和酶构效的双参数风险预警体系提供了理论依据。

　　

随着塑料污染问题日益严峻，土壤中纳米级塑料颗粒(纳米塑料，NPs)与多环芳烃(PAHs)的复合污染已成为威胁生态系统健康的新兴环境问题。其中，聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)作为应用最广泛的纳米塑料，在瑞士洪泛区土壤中的检出浓度高达55.5 mg/kg；而作为典型PAHs的苯并[a]芘(Benzo[a]pyrene, BaP)通过燃料燃烧和轮胎磨损释放，在波兰和英国土壤中的污染水平分别达到0.86 mg/kg和10 mg/kg。这两种污染物在环境中的共存对土壤关键生物——蚯蚓构成了复合威胁。蚯蚓作为土壤健康的"晴雨表"，其体腔细胞免疫系统中的溶菌酶(Lysozyme, LZM)兼具抗菌活性和氧化应激调节功能，是污染物分子损伤的敏感生物标志物。然而，当前研究对NPs与PAHs跨层级毒性相互作用机制的认识仍存在重大空白，特别是纳米塑料在复合污染中表现出的"载体-清除剂"双重行为，使得传统单一生物终点的风险评估方法面临挑战。

山东大学环境研究院的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究中，创新性地采用细胞氧化应激响应与蛋白质构效关系相结合的跨尺度分析方法，系统研究了PS NPs与BaP复合暴露对蚯蚓体腔细胞及LZM功能的层级特异性影响。研究通过多光谱分析技术、分子对接模拟和氧化还原稳态检测等方法，建立了"胞内缓解-分子干扰"的复合毒性作用范式。

主要技术方法
研究以蚯蚓体腔细胞为模型，设置BaP单暴露(80 μg/L)和PS NPs(8 mg/L)共暴露组，采用超氧阴离子(O₂^-)和过氧化氢(H₂O₂)检测试剂盒分析氧化应激水平，通过圆二色谱和荧光光谱解析LZM二级结构变化，结合分子对接模拟预测污染物与LZM活性位点的相互作用模式。

抗氧化系统失调与免疫损伤
研究发现BaP单暴露显著降低GSH/GSSG比值(氧化型谷胱甘肽/还原型谷胱甘肽)，触发ROS水平急剧升高，导致细胞膜完整性受损。而PS NPs共暴露使细胞内ROS水平最高降低23.1%，将LZM活性从67.3%恢复至90.1%，显示其在细胞层面的氧化应激缓解作用。

分子水平协同抑制
在分子层面，PS NPs与BaP产生协同效应：80 μg/L BaP与8 mg/L PS NPs共暴露使LZM催化活性从单暴露的86.9%降至83.5%。圆二色谱显示α-螺旋含量增加，荧光光谱证实色氨酸(Trp)微环境扰动，分子对接表明这种协同作用源于污染物共同阻碍LZM活性位点。

研究结论
该研究首次揭示了PS NPs在复合污染中的双重作用机制：在细胞层面通过清除自由基减轻BaP诱导的氧化损伤，却在分子层面协同加剧蛋白质结构破坏。这种层级特异的毒性分异现象凸显了多尺度整合在污染物风险评估中的必要性，为建立"生物体-细胞-分子"多级预警框架提供了关键理论支撑。特别值得注意的是，PS NPs对BaP毒性的调控呈现浓度依赖性，这与先前研究中微塑料与BaP的相互作用规律一致，但本研究通过跨层级关联分析，将认识深度拓展至蛋白质构效关系层面。研究成果对完善复合污染风险评估方法具有重要启示，但作者也指出，这些机制发现向更高生物层级(如器官功能、个体适应度)的推演仍需在复杂环境条件下进行验证。

（注：文中所有数据与结论均严格依据原文呈现，专业术语首次出现时均标注英文缩写，分子式与浓度单位保留原文格式，作者单位按国内惯例翻译为"山东大学环境研究院"）