《Journal of Hazardous Materials》：Teabag–derived microplastics pose steatosis and oxidative stress-mediated toxicity in embryonic zebrafish
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茶包微塑料（TMPs）对斑马鱼胚胎的发育毒性及分子机制研究表明，TMPs通过物理暴露和化学添加剂协同作用引发剂量依赖性胚胎发育异常，包括45%死亡率、心包积液和脊索缺陷，伴随氧化应激（ROS升高）、脂滴堆积及凋亡相关基因（Zhe1、Sod1、Tp53）显著上调。分子对接证实苯乙烯与上述基因调控蛋白存在强结合（-5.4 kcal/mol）。研究揭示茶包微塑料通过物理损伤和化学毒性双重途径危害水生生物，需加强食品接触材料污染风险评估。
谢赫·希兰·纳赛尔（Shaikh Sheeran Naser）| 鲁德拉·纳拉扬·萨胡（Rudra Narayan Sahu）| 苏达克希亚·S·伦卡（Sudakshya S. Lenka）| 德比达塔·巴里克（Debidatta Barik）| 马尔戈扎塔·库亚夫斯卡（Ma?gorzata Kujawska）| 埃莉安娜·B·索托（Eliana B Souto）| 穆鲁蒂尤纳杰·苏阿尔（Mrutyunjay Suar）| 苏雷什·K·维尔马（Suresh K. Verma）
印度奥里萨邦布巴内斯瓦尔KIIT大学生物技术学院，邮编751024
摘要
来自消费品（如茶包）的微塑料已成为一个新兴的环境和健康问题。茶包中的微塑料（TMPs）是微污染物的一个重要但尚未充分研究的来源。本研究通过综合实验和计算方法，探讨了TMPs对斑马鱼胚胎的发育和分子毒性影响。从商业茶包中提取的TMPs平均水动力直径为389.7纳米，ζ电位为-59.4毫伏，表明其具有较高的胶体稳定性。暴露于TMPs的胚胎表现出剂量依赖性的发育异常，高浓度下死亡率可达45%，心包水肿和脊索缺陷的发生率超过30%。活性氧（ROS）水平显著升高（p < 0.0001），并伴有脂滴积累，表明发生了脂肪变性。基因表达分析显示Zhe1（>10倍）、Sod1（>12倍）和Tp53（约4.5倍）显著上调，反映了孵化压力、氧化失衡和细胞凋亡。流式细胞术证实了吖啶橙阳性的凋亡细胞增多。分子对接实验显示，TMPs中的苯乙烯与Zhe1、Sod1和p53具有强烈的结合亲和力，其中Sod1的亲和力最高（-5.4千卡/摩尔）。这些发现表明，TMPs的毒性不仅源于物理接触，还与特定的分子相互作用有关。本研究强调了评估食品接触材料中微塑料浸出物风险的紧迫性。
引言
塑料污染已成为21世纪最普遍的环境挑战之一，威胁着水生生态系统的完整性，并对野生动物和人类健康构成风险。全球塑料材料年产量已超过3.9亿吨，由于废物管理不善，大量塑料进入环境[1]。随着时间的推移，较大的塑料制品会降解为微塑料（<5毫米）和纳米塑料（<1微米），统称为微/纳米塑料，现在在海洋和淡水系统中普遍存在。这些颗粒不仅来自大型塑料的破碎，还来自工业磨料、个人护理产品、合成纺织品以及越来越多的食品包装材料和消费品等初级来源[2]。其中，一次性产品和食品相关产品因其直接进入人体和动物的途径而受到越来越多的关注[3]。
一个相对较少被研究但日益重要的微/纳米塑料来源是含塑料的茶包。虽然传统的茶包由纸张和天然纤维制成，但如今许多市售茶包由聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯等合成聚合物组成或密封。最近的研究表明，当这些含塑料的茶包在冲泡过程中接触到热水时，会向茶液中释放大量微/纳米塑料颗粒[4],[5]。例如，据报道，一个在95°C下冲泡的塑料茶包会向周围介质中释放数百万个微/纳米塑料[6]。这种直接渗入可消费产品的现象不仅引发了对人类饮食暴露的担忧，还成为家庭废水中的重要塑料污染源，可能未经处理就进入水生环境[6]。
茶包中微/纳米塑料的释放带来了双重挑战：它加剧了环境中的塑料污染，并引入了新的食品安全问题[7],[5]。这些颗粒的物理化学特性（如大小、形状、表面电荷和化学组成）会影响它们的环境命运和生物相互作用。这些颗粒的小尺寸和高表面积与体积比使其更容易被细胞内化并生物累积。此外，这些颗粒可能携带添加剂、单体和吸附的环境污染物，成为化学暴露的载体[8]。尽管人们对这些风险的认识日益增加，但茶包来源的微/纳米塑料对水生生物的毒理学影响仍知之甚少，尤其是在对环境压力特别敏感的早期发育阶段。
斑马鱼（Danio rerio）胚胎因其与人类的高度遗传同源性、光学透明性、快速的胚胎发生过程以及易于维护而成为评估发育毒性的广泛接受的脊椎动物模型[9]。斑马鱼胚胎模型已被广泛用于评估环境污染物（包括工程纳米材料和新兴污染物如微/纳米塑料）的毒理学潜力[10]。斑马鱼胚胎在体外发育，对水溶性毒素的变化非常敏感，使其成为评估剂量-反应关系、作用机制和暴露相关表型变化的理想生物。关键指标如孵化成功率、心率、发育延迟、形态畸形和行为异常，提供了关于亚致死和致死效应的全面视图[11]。此外，分子工具和转基因品系的可用性使得能够探索与微/纳米塑料暴露相关的氧化应激、细胞凋亡、神经毒性和内分泌紊乱途径[10]。
最近研究探讨了环境相关微/纳米塑料对斑马鱼胚胎的影响，发现了一系列毒性效应，包括孵化率降低、心包和卵黄囊水肿、脊柱弯曲、发育延迟、运动活动改变以及与应激反应和代谢相关的基因失调[12]。然而，大多数这些研究使用的是市售聚苯乙烯珠子或纯塑料颗粒，这些并不能完全反映现实世界中的塑料暴露情况。茶包中的微塑料（TMPs）提供了一种更具生态相关性和复杂性的聚合物类型、颗粒大小和潜在浸出物的混合物，使其成为毒性研究的重要且现实的对象[5]。除了物理特性外，TMPs还可能含有可渗出的化学物质，如稳定剂、增塑剂、抗氧化剂和残留单体，其中许多已被证明具有毒性[4],[5]。物理颗粒和化学添加剂的共同作用可能会引发叠加或协同的毒性效应[2],[13]。此外，热降解或老化的微/纳米塑料可能由于表面化学性质的变化和吸附金属或污染物的能力增强而表现出更高的毒性[14],[15]。因此，评估茶包中释放的微/纳米塑料的毒性不仅反映了现实世界的暴露途径，还提供了关于颗粒性质与生物系统之间复杂相互作用的见解。
最近的研究表明，茶包可以向热水中释放大量微/纳米塑料，引发了对其潜在生物影响的担忧[16]。然而，大多数现有报告主要关注颗粒的释放量，对其综合毒理学机制的理解有限。
鉴于通过饮食和环境途径广泛接触TMPs的可能性，使用敏感且成熟的模型系统来研究其生物影响至关重要。在这项研究中，我们旨在利用斑马鱼胚胎模型评估从市售茶包中提取的微/纳米塑料的细胞毒性机制。我们假设暴露于这些颗粒会导致生理功能的剂量依赖性不良影响，包括胚胎发育方面的变化。研究采用了多种指标，包括存活率、孵化成功率、形态畸形、心率和行为变化，并结合了氧化应激生物标志物的生化分析和应激响应及发育相关基因的基因表达分析。这项工作首次系统地探讨了TMPs引起的发育毒性、氧化应激、脂质代谢紊乱和细胞凋亡之间的联系。通过将体内斑马鱼实验与生化分析和分子对接验证相结合，本研究建立了一个多维框架，阐明了TMPs在环境相关条件下如何引发细胞和分子功能障碍。这些发现有望为微/纳米塑料毒性的研究提供更多证据，强调改进含塑料消费品监管和标签的必要性，并为未来的环境风险评估和公共卫生指南提供信息。此外，这项工作突显了现实世界暴露情景在毒理学研究中的重要性，并支持使用斑马鱼胚胎作为筛选复杂环境混合物发育毒性的强大平台。
部分摘录
从茶包中提取微塑料
从商业渠道购买了绿色茶包以提取其中的微塑料。将茶包内的物质倒出，并利用茶包的盖子来量化在沸腾条件下释放的微塑料量[4]。记录了10个盖子的重量，并将其放入含有250毫升MilliQ水（Merck Millipore，美国马萨诸塞州伯灵顿）的烧杯中。混合物在80°C的恒温水浴（Julabo，印度卡纳塔克邦班加罗尔）中煮沸20分钟。
微塑料的提取和表征
为了研究商业茶包中微塑料的潜在浸出情况，我们开发并优化了一种提取方案。如图1所示，首先去除茶包的外层覆盖物，然后将其浸入热水中以模拟典型的冲泡条件。随后过滤悬浮液以分离释放的颗粒物质。过滤后的液体被分析其微塑料含量，这些微塑料被称为“茶包来源的微塑料（TMPs）”。提取的TMPs进一步进行了
结论
本研究描述了TMPs对斑马鱼胚胎的发育、细胞和分子毒性影响。TMPs暴露导致显著的细胞和分子变化，包括形态畸形、孵化延迟、氧化应激、脂肪变性以及细胞凋亡，这是由于Zhe1、Sod1和Tp53基因的上调以及ROS和脂滴的积累。计算机模拟分子对接显示，来自TMPs的苯乙烯与关键调控蛋白具有高亲和力
环境影响
来自消费品（如茶包）的微塑料对水生生态系统和公共健康构成了新的威胁。本研究揭示，茶包中的微塑料（TMPs）会导致斑马鱼胚胎出现剂量依赖性的发育毒性，包括死亡、形态缺陷和氧化应激。分子对接表明苯乙烯与关键调控蛋白具有高亲和力，提示浸出物的特异性毒性。这些发现强调了这种双重危害
伦理问题
KIIT大学的机构动物伦理委员会（IAEC）根据适当的法律和法规批准了动物实验程序。所有实验均符合IAEC的规定、KIIT大学的适当动物实践标准以及国家法规
CRediT作者贡献声明
苏雷什·K·维尔马（Suresh K）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目实施、方法论设计、研究开展、资金筹集、数据分析、数据整理、概念构思。穆鲁蒂尤纳杰·苏阿尔（Mrutyunjay Suar）：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、验证、监督、软件使用、资源管理、项目实施、资金筹集、数据分析、数据整理、概念构思。埃莉安娜·B·索托（Eliana B Souto）：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢KIIT大学DBT-BUILDER项目（BT/INF/22/SP42155/2021）提供的基础设施支持。作者还感谢都柏林大学学院2024-2028年研究计划（82934-NP/R27885）的资助。
