《Journal of Hazardous Materials》：Polystyrene and Polyvinyl Chloride Microplastics Exposure Induces Ocular Surface Inflammation by Causing Mitochondrial Damage and Lipid Metabolic Disruption
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本研究针对微塑料（MPs）暴露导致眼表损伤的分子机制不清问题，通过体内外实验探讨了聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）纳米颗粒诱导眼表炎症的作用途径。研究发现PS/PVC可被人角膜上皮细胞（HCE-T）内化，诱导线粒体通透性转换孔（mPTP）异常开放、线粒体DNA（mtDNA）泄漏及脂代谢相关基因LIPG/GRB14失调，进而激活炎症级联反应；小鼠实验中PS/PVC暴露诱发干眼样表型，而线粒体靶向抗氧化剂SkQ1和脂代谢调节剂AdipoRon可显著缓解角膜炎症。该研究从线粒体-脂代谢轴揭示了微塑料眼毒性的新机制，为防治MPs相关眼病提供了理论依据和潜在策略。
在当今塑料制品泛滥的时代，微塑料（MPs）作为直径小于5毫米的塑料颗粒，已成为遍布全球生态系统的顽固污染物。大气监测研究显示，空气中漂浮的微塑料以纤维和不规则碎片为主，其中聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）是检出率最高的聚合物类型。这些纳米级微塑料凭借其小尺寸、高比表面积和强表面反应性，可通过呼吸、饮食或皮肤接触进入人体，甚至穿透生物屏障在细胞中蓄积，引发氧化应激、代谢紊乱和炎症反应。更令人担忧的是，近年研究发现PS和PVC颗粒已出现在人类泪液、睑板腺分泌物甚至玻璃体中，并能侵入角膜和结膜上皮细胞，导致眼表损伤。然而，微塑料究竟通过何种分子机制破坏 ocular surface homeostasis（眼表稳态）、诱发干眼样病变，仍是尚未揭晓的谜题。
为解开这一谜团，中南大学湘雅三医院眼科团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，首次通过整合转录组学与代谢组学分析，系统阐释了PS/PVC微塑料通过诱导线粒体损伤和脂质代谢紊乱驱动眼表炎症的分子通路。研究人员发现，纳米级PS/PVC颗粒可被人角膜上皮细胞（HCE-T）内化，诱导线粒体通透性转换孔（mPTP）异常开放，导致线粒体DNA（mtDNA）泄漏至胞质，激活炎症信号；同时微塑料暴露扰乱脂代谢稳态，促使脂滴异常蓄积并增强脂滴-线粒体耦联，最终通过线粒体-脂代谢轴放大炎症反应。值得注意的是，线粒体靶向抗氧化剂SkQ1和脂代谢调节剂AdipoRon能显著缓解微塑料引发的角膜损伤，为防治微塑料相关眼病提供了新型干预策略。
在技术方法层面，研究结合体内外模型展开系统性验证：通过扫描电镜（SEM）和动态光散射（DLS）表征PS/PVC纳米颗粒的理化性质；利用细胞活力检测（CCK-8）、透射电镜（TEM）和荧光探针评估线粒体形态功能；采用转录组测序（RNA-seq）和非靶向代谢组学（UHPLC-MS/MS）解析分子网络；通过蛋白质免疫印迹（Western blot）、免疫荧光（IF）和酶联免疫吸附试验（ELISA）验证关键靶点；并建立小鼠干眼模型（BAC诱导）及微塑料暴露模型，进行角膜荧光染色、泪液分泌测定和组织病理学分析。
3.1. PS/PVC表征确认纳米级颗粒物性
研究人员通过SEM观察发现PS和PVC颗粒呈球形、表面光滑，平均直径分别为69.35 nm和65.91 nm（图1A-D）。Zeta电位测定显示PS为-17.7 mV，PVC为-1.67 mV（图1E-F），拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR）进一步验证了聚合物的化学结构（图1G-J），为后续毒性研究提供了理化基础。
3.2. PS/PVC暴露诱导线粒体损伤与炎症反应
体外实验表明，PS（25 μg/mL）和PVC（10 μg/mL）可被HCE-T细胞有效内化（图2A-B），并呈剂量依赖性降低细胞活力（图2C）。在高渗应激（HS）条件下，PS/PVC加剧线粒体肿胀、嵴结构破坏和线粒体超氧化物（MitoSOX）蓄积（图2D-F），同时促进mtDNA向胞质泄漏（图2G）。qPCR和ELISA检测发现PS/PVC单独或与HS联合处理均显著上调炎症因子IL-1β、IL-6、CXCL10和IFN-β的mRNA和蛋白表达（图2H-O），提示微塑料通过线粒体损伤途径触发炎症级联。
3.3. PS/PVC引发小鼠角膜上皮损伤与干眼样表型
动物实验显示，PS/PVC滴眼处理4周后，小鼠角膜出现进行性荧光素染色增强（图3A），结膜杯状细胞数量减少（图3B），角膜上皮层完整性破坏（图3C），泪液分泌量下降（图3D）。免疫荧光检测发现角膜屏障蛋白KRT12和ZO-1表达降低（图3E-G），同时角膜组织和血清中炎症因子水平显著升高（图3H-O），且与BAC（苯扎氯铵）联合暴露时损伤效应加剧，证实PS/PVC可独立诱发干眼样病理改变。
3.4. 转录组学揭示脂代谢通路核心作用
RNA-seq分析发现PS/PVC与BAC处理的小鼠角膜差异表达基因（DEGs）存在11个共有基因（图4D-E），GO和KEGG富集分析均指向脂质与能量代谢紊乱（图4F-G）。其中脂代谢相关基因LIPG和GRB14在PS/PVC组显著上调（图4H-I），提示脂代谢失调是微塑料眼毒性的关键环节。
3.5. 代谢组学验证脂质紊乱表型
非靶向代谢组学检测到PS/PVC暴露后角膜组织出现47种（PS）和42种（PVC）上调代谢物（图5B-C），以脂类分子为主。磷脂酰胆碱（PC）作为核心差异代谢物与多个脂代谢通路密切相关（图5G-H），从代谢层面佐证了微塑料对眼表脂稳态的破坏。
3.6. mPTP开放介导线粒体凋亡通路
机制探讨发现PS/PVC诱导mPTP异常开放（图6A-B）和线粒体膜电位（ΔΨm）下降（图6C-D）。使用mPTP抑制剂环孢素A（CsA）或mtDNA清除剂溴化乙锭（EtBr）干预后，mtDNA泄漏和炎症因子表达均被抑制（图6E-F），证实mPTP-mtDNA轴是微塑料激活炎症的关键环节。同时Western blot显示PS/PVC促进凋亡蛋白Caspase-9、Cleaved Caspase-3和BAX表达，抑制BCL-2（图6N-O），表明线粒体凋亡通路参与其中。
3.7. 脂滴-线粒体耦联驱动β-氧化亢进
共聚焦显微镜观察发现PS/PVC增强脂滴与线粒体共定位（图7A），并促进脂滴表面蛋白PLIN2与线粒体脂肪酸氧化关键酶CPT1A的相互作用（图7B）。Western blot检测到CPT1A、PLIN2及β-氧化酶ACADM、HADHA表达上调（图7C-D），说明微塑料暴露通过增强脂滴-线粒体耦联激活脂肪酸氧化，加剧能量代谢紊乱。
3.8. 动物模型证实脂代谢紊乱表型
小鼠睑板腺Oil Red O染色显示PS/PVC引起脂质异常蓄积（图8A-B），角膜组织中LIPG、GRB14及β-氧化相关蛋白表达均升高（图8C-J），且凋亡信号增强（图8K-L），与体外实验结果相互印证。
3.9. 靶向干预策略展示治疗潜力
后续干预实验表明，线粒体靶向抗氧化剂SkQ1和脂代谢调节剂AdipoRon治疗4周后，小鼠角膜荧光染色减弱、杯状细胞数量部分恢复、睑板腺脂质沉积减少（图9A-C，H-J），炎症因子表达下降（图9D-G，K-N），证明通过保护线粒体功能和调节脂代谢可有效缓解微塑料所致眼表损伤。
综合讨论部分指出，本研究首次阐明PS/PVC纳米微塑料通过“线粒体损伤-mtDNA泄漏-脂代谢紊乱”轴诱发眼表炎症的完整机制。环境相关浓度的纳米级PS/PVC不仅能直接破坏角膜上皮屏障功能，还可干扰睑板腺脂质合成与分泌，从而模拟干眼病核心病理特征。研究创新性地发现脂滴-线粒体耦联在微塑料毒性中的放大效应，并提出SkQ1和AdipoRon作为潜在干预手段。这些发现不仅深化了对微塑料生物毒性的认知，也为开发针对环境污染物相关眼病的防治策略提供了重要理论依据。未来需拓展更多聚合物类型和形态微塑料的比较研究，并借助空间转录组学等先进技术进一步揭示其细胞特异性损伤网络。
