极端低温加剧聚苯乙烯微塑料诱导的雌性小鼠神经内分泌与行为功能障碍

本研究首次揭示极端低温（ELT）与环境老化聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的联合暴露，通过诱导氧化应激、神经内分泌紊乱（涉及多巴胺、5-羟色胺、肾上腺素和皮质酮）及棕色脂肪组织（iBAT）代谢功能障碍，显著加剧雌性小鼠的行为认知损伤与生理失调，为多重环境压力下恒温动物的脆弱性提供了关键证据。

　　

Highlight

极端低温（ELT）与聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的联合暴露，在恒温脊椎动物模型中引发多系统整合性不良反应，我们的假设得以证实：联合暴露诱导了独特的行为、生化、生理及组织形态学改变，尤其在寒冷条件与MP暴露共同作用下（MP4组），功能障碍显著加剧。神经内分泌调节的改变（涉及多巴胺、5-羟色胺、肾上腺素和皮质酮）似乎构成了观察到的行为表型基础，而棕色脂肪组织（iBAT）中PS-MPs的滞留则与氧化应激、抗氧化防御降低及代谢紊乱相关，这些效应在ELT暴露下进一步恶化。多元分析，包括主成分分析（PCA）、随机森林和结构方程建模（PLS-PM），揭示了组间不同的表型模式，以及连接神经内分泌功能障碍与系统性表型改变的整合因果轨迹。这些发现强调了在评估新兴污染物的生态毒理学风险时，考虑极端气候事件（如ELT）的重要性。

General observations and estrous cycle distribution

在整个实验期间，未观察到死亡或不良事件。分析还显示，动情周期阶段与实验组之间无显著关联（详见支持信息Text S6和Fig. S1）。

Locomotor activity and spatial organization in the open field

此外，关于旷场测试中评估的指标，我们的数据显示，在总移动距离、运动速度或方向性上，各组之间没有差异（分别为图2A–C），这表明总体而言，MP暴露和/或ELT并未影响动物的整体运动能力。然而，在运动组织方面，我们观察到MP4组动物在中央区停留的时间显著减少（图2D），同时表现出更高的运动熵（图2E），表明运动模式更加随机和混乱。这些发现表明，尽管整体活动水平得以维持，但联合暴露损害了空间探索的质量和效率，表现为规避开放区域（焦虑样行为）和运动规划能力下降。

Discussion

这项研究代表了首个以整合性、多系统方式，探讨极端低温（ELT）与长期暴露于PS-MPs对恒温脊椎动物模型联合效应的实验方法。我们的假设得到证实：联合暴露诱导了独特的行为、生化、生理及组织形态学改变，尤其在寒冷条件与MP暴露共同作用下（MP4组），功能障碍显著加剧。神经内分泌调节的改变（涉及多巴胺、5-羟色胺、肾上腺素和皮质酮）似乎构成了观察到的行为表型基础，而iBAT中PS-MPs的滞留则与氧化应激、抗氧化防御降低及代谢紊乱相关，这些效应在ELT暴露下进一步恶化。多元分析（PCA、Random Forest、PLS-PM）揭示了组间不同的表型模式，以及连接神经内分泌功能障碍与系统性表型改变的整合因果轨迹。这些发现强调了在评估新兴污染物的生态毒理学风险时，考虑极端气候事件（如ELT）的重要性。

Conclusion

总之，我们的研究证实了最初的假设：联合暴露于环境老化的PS-MPs和极端寒冷，会在瑞士雌性小鼠中诱发整合性且有害的表型效应，负面影响到行为、神经内分泌、代谢和组织形态计量等领域，尤其损害了社会记忆、探索效率以及iBAT的功能完整性。具体而言，热应激与微塑料污染之间的相互作用，导致了神经内分泌调节的改变（涉及多巴胺、5-羟色胺、肾上腺素和皮质酮），这似乎是观察到的行为表型的基础。同时，iBAT中PS-MPs的滞留与氧化应激、抗氧化防御降低和代谢功能障碍有关，这些效应在ELT暴露下进一步恶化。通过多元分析（PCA、Random Forest、PLS-PM），我们揭示了组间不同的表型模式，以及连接神经内分泌功能障碍与系统性表型改变的整合因果轨迹。因此，我们的研究结果不仅证实了极端气候事件（如ELT）可以加剧微塑料诱导的毒性，而且为理解这些环境压力因素如何相互作用从而损害恒温动物的体内平衡提供了新的机制见解。