聚氯乙烯纳米颗粒通过R-loop积累和STING通路激活加剧哮喘的分子机制研究

本研究揭示了聚氯乙烯纳米颗粒（PVC NPs）通过抑制核糖核酸酶H1（RNASEH1）导致R-loop异常积累，进而激活cGAS-STING炎症通路加剧哮喘的新机制。采用卵清蛋白（OVA）诱导的小鼠哮喘模型，证实PVC NPs暴露会加重气道高反应性、促进炎性细胞浸润并升高肺内炎性细胞因子水平，为环境污染物诱发呼吸道疾病提供了重要理论依据。

　　

聚氯乙烯纳米颗粒暴露通过巨噬细胞中R-loop积累激活STING通路加剧哮喘

Abstract

哮喘作为受遗传和环境因素共同影响的慢性炎症性呼吸道疾病，其发病机制与新兴环境污染物纳米塑料（NPs）的关联日益受到关注。研究发现吸入的聚氯乙烯纳米颗粒（PVC NPs）能在肺部蓄积，通过诱导R-loop核酸结构异常积累，激活cGAS-STING炎症通路，从而加剧哮喘症状。该研究不仅揭示了环境微塑料影响呼吸健康的新机制，更为哮喘防治提供了潜在分子靶点。

1 Introduction

全球每年约生产2.5亿吨塑料制品，其中PVC作为产量最大的塑料之一，其降解产生的纳米颗粒（≈50 nm）具有更强的生物穿透性和生物活性。临床证据显示，呼吸道疾病患者支气管肺泡灌洗液（BALF）中存在PVC等塑料颗粒蓄积。不同于传统认知，本研究首次发现PVC NPs可通过调控巨噬细胞中RNA-DNA杂交结构（R-loop）的动态平衡，激活先天免疫信号通路。R-loop作为三链核酸结构，其稳态依赖核糖核酸酶H（RNase H）家族的降解作用，特别是RNASEH1对RNA组分的特异性切割。

2 Results

2.1 PVC NPs Characterization and Pro-Inflammatory Effects in Allergic Asthma

透射电镜（TEM）显示合成的PVC NPs呈均匀球形（直径≈50 nm），zeta电位-61.26 mV，傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实其在PBS中72小时保持化学稳定性。OVA诱导的哮喘小鼠模型显示，PVC NPs暴露以剂量依赖性方式加重气道病理改变：H&E染色显示炎性细胞浸润增加2-3倍；PAS染色显示杯状细胞增生；Masson和天狼星红（SR）染色显示I型胶原沉积增加1.8倍。气道阻力（Rn）和弹性（Ers）在50 mg mL^-1乙酰甲胆碱刺激下分别升高2.1倍和1.7倍，血清总IgE和特异性IgE水平显著提升。

2.2 PVC NPs Exposure Increases the Levels of Immune Cells and Pro-Inflammatory Factors in BALF

BALF细胞计数显示，PVC NPs组总细胞数达（12.3±1.2）×10⁵/mL，较OVA组增加40%。流式细胞术检测到CD11b⁺F4/80⁺巨噬细胞占比升至58.7%，同时Th2型细胞因子IL-4、IL-5、IL-13水平分别升高2.3倍、3.1倍和2.8倍，而IFN-γ降低62%。这些变化与人类哮喘的免疫特征高度一致。

2.3 PVC NPs Induce Cytotoxicity and Promote Inflammation in Macrophages

体内分布实验显示荧光标记PVC NPs特异性蓄积于肺部，TEM观察到肺泡巨噬细胞内吞颗粒现象。CCK8法测定THP-1源性巨噬细胞的IC₅₀为40.05 μg mL^-1。RNA-seq分析揭示PVC NPs显著影响JAK-STAT等免疫相关通路，促炎标志物iNOS、TNF-α mRNA表达上调4-6倍，而抗炎标志物CD206、Arg-1下调70%。

2.4 PVC NPs Activate the cGAS-STING Pathway

Western blot显示PVC NPs以剂量依赖性方式增加TBK1（2.4倍）和IRF3（3.1倍）的磷酸化水平。使用cGAS抑制剂G140（2 μM）或STING抑制剂H-151（10 nM）处理，可完全阻断下游炎症因子TNF-α、CXCL10的产生。STING基因敲除（KO）细胞中，PVC NPs诱导的炎症反应减弱65-80%。

2.5 PVC NPs Induce STING Pathway Activation in Macrophages through RNASEH1-R-Loop Signaling

免疫荧光显示PVC NPs使R-loop核内荧光强度增加3.5倍。Western blot检测到RNASEH1蛋白表达降低60%，而RNASEH2A无变化。邻近连接试验（PLA）证实野生型RNASEH1与R-loop直接相互作用，而催化缺陷突变体D210N虽保留结合能力但丧失降解功能。过表达RNASEH1可逆转PVC NPs诱导的STING通路激活。

2.6 STING KO Alleviates PVC NPs-Induced Inflammation in Allergic Asthma

STING KO小鼠模型中，PVC NPs暴露导致的气道阻力升高、胶原沉积等病理改变被显著缓解。BALF中巨噬细胞数量减少55%，Th2细胞因子水平恢复至基线。该结果明确了R-loop-STING轴在微塑料诱发哮喘中的核心作用。

3 Discussion

本研究首次阐明PVC NPs通过RNASEH1-R-loop-cGAS-STING信号级联反应加剧哮喘的分子机制。相较于其他聚合物，PVC NPs因其表面特性和化学稳定性表现出更强的生物活性。值得注意的是，STING抑制剂H-151在多种肺部炎症模型中的有效性，提示其作为治疗靶点的潜力。然而，实际环境中的NPs暴露具有慢性、低剂量和多组分特点，未来研究需构建更接近真实暴露场景的动物模型。

4 Experimental Section

实验采用SPF级BALB/c小鼠，通过腹腔注射OVA（20 μg）联合氢氧化铝佐剂致敏，鼻腔滴注PVC NPs（10-100 μg/天）建立模型。细胞实验使用PMA诱导的THP-1巨噬细胞，通过CRISPR-Cas9系统构建STING KO细胞系。关键检测包括：FlexiVent系统评估肺功能、多色流式分析免疫细胞亚群、Duolink原位PLA检测蛋白互作。所有数据经GraphPad Prism 9.5统计分析，p<0.05视为显著。