《Journal of Hazardous Materials》：Nanoplastics and thermal stress induce synergistic toxicity in marine medaka (
Oryzias melastigma) through epithelial barrier damage, immuno-metabolic dysregulation, and cancer-associated transcriptional signatures
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纳米塑料（NPs，<1000 nm）与热应激通过上皮屏障损伤、免疫代谢失调和癌症相关转录特征在海洋青鳉（Oryzias melastigma）中诱导协同毒性。口服（oral）和浸泡（immersion）途径均导致聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）主
纳米塑料（NPs，<1000 nm）与热应激通过上皮屏障损伤、免疫代谢失调和癌症相关转录特征在海洋青鳉（Oryzias melastigma）中诱导协同毒性。口服（oral）和浸泡（immersion）途径均导致聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）主要在青鳉消化道中积累。升高温度使PS-NPs生物累积提高至6.27倍。联合应激诱导协同性肠道损伤和免疫代谢失调。联合应激激活致癌信号，同时抑制热适应基因。
论文解读：纳米塑料与热应激对海洋青鳉的协同毒性
研究背景方面，纳米塑料（nanoplastics, NPs，粒径<1000 nm）因粒径小、比表面积高并可在细胞和分子水平与生物系统相互作用，已成为日益突出的环境问题。海洋通常是塑料废弃物的最终归宿，大型塑料逐渐碎裂为NPs，使海洋生物尤其易受NPs暴露影响。NPs可通过直接摄入、悬浮摄食和营养转移进入海洋生物，内化后可诱导氧化应激、免疫抑制，并干扰摄食和繁殖能力；NPs还可作为共存环境污染物的载体，可能放大联合毒性。与此同时，全球变暖驱动海洋热浪（marine heatwaves, MHWs）频率和强度增加，局部水温可较气候均值升高达5 ℃，部分地区异常超过+7 ℃。鱼类在热应激下可出现代谢功能障碍、免疫失调、生殖损伤和行为改变。尽管NPs污染与MHWs在海洋环境中日益共现，但二者对海洋鱼类的联合效应仍 largely 未被充分研究；已有研究多分别关注NPs或热应激的单一毒性，交互作用研究较少。基于NPs和升温均可独立或重叠地诱导氧化应激、炎症和免疫失调，研究人员假设二者共暴露会在海洋鱼类中产生协同毒性，表现为组织损伤加重和疾病易感性增加，并设计研究PS-NPs与升温对海洋青鳉（
Oryzias melastigma）的交互影响。该论文发表于《Journal of Hazardous Materials》，作者为 GAO Shengnan、Liang Zhong、Yuxuan Zhang、Ruoxi Zhu、Rodman Guy Getchell、Karyn L. Bischoff、Jun Li、James Kar-Hei Fang、Wenlong Cai。研究总体结论为：PS-NPs与升温共暴露诱导协同毒性，消化道是主要生物累积途径和最脆弱靶组织，热应激加速颗粒负载并加重肠黏膜损伤，联合应激引起免疫炎症放大、代谢失调、热适应保护反应抑制以及癌症相关转录特征。
关键技术方法概括如下：研究样本为海洋青鳉胚胎，来自香港城市大学海洋环境健康国家重点实验室，暴露起始为8 dph幼虫。研究人员采用荧光标记PS-NPs，设置浸泡暴露15 mg/L和饮食暴露150 μg/mg，开展短期生物累积动力学；另设30天暴露进行组织病理学苏木精-伊红（H&E）染色。联合暴露实验分为CON-25 ℃、NP-25 ℃、CON-32 ℃和NP-32 ℃四组，进行48 h暴露，采用荧光成像定量生物累积，并进行RNA测序、DESeq2全因子模型（~NP+TEM+NP:TEM）分析交互效应、WGCNA、GO和KEGG富集分析、抗氧化酶SOD和CAT活性及MDA、GSH测定、qPCR验证，以及基于2×2析因ANOVA、Cohen's d和偏离加和预期百分比的表型交互分析。
研究结果如下。3.1 PS-NPs表征：扫描电镜显示原始PS-NPs为球形、标称直径约80 nm；在去离子水中Z-average直径为158.53 ± 2.14 d.nm，PDI为0.21 ± 0.03；在人工海水中迅速发生盐诱导聚集，25 ℃和32 ℃下Z-average直径分别增至3149 ± 842 d.nm和3766 ± 1029 d.nm，zeta电位由-9.42 ± 2.86 mV降至-8.18 ± 0.52 mV和-7.22 ± 0.32 mV，PDI升至0.88 ± 0.06，提示升温增强聚集。3.2 消化道是NPs生物累积主要组织并呈时间依赖性动力学：浸泡和饮食两种途径下，绿色荧光PS-NPs均在消化道最明显，48 h内荧光信号先升后降，12 h达峰后逐渐下降，其他组织低于检测限；30天暴露后肠道黏膜受损而其他组织相对完整。3.3 升温加剧NPs生物累积和肠道损伤：海水荧光在48 h内稳定；NP-32 ℃组荧光强度显著高于NP-25 ℃组，生物累积增加约1.20至6.27倍，1 h时最大为6.27倍，48 h降至1.54倍；组织学显示NP-32 ℃组肠绒毛明显脱落，绒毛长度和宽度仅在NP-32 ℃组显著降低。3.4 温度是转录变化主导驱动因素：RNA测序火山图显示CON-32 ℃与CON-25 ℃、NP-32 ℃与CON-25 ℃比较中转录重塑最广泛，PCA中CON-32 ℃和NP-32 ℃聚类接近，NP-25 ℃和CON-25 ℃形成另一簇，Venn图提示NP-32 ℃存在独特差异表达基因。3.5 NPs与升温共暴露通过免疫炎症放大和信号失调诱导协同毒性：单独升温富集急性炎症反应、补体激活、TNF信号、IL-17信号等；单独NPs富集氧化应激、抗氧化活性、活性氧生物合成、IL-17信号、Th17细胞分化、上皮细胞迁移和肌球蛋白丝组装；共暴露组呈现更广泛强烈炎症特征，包括细菌应答、防御反应、补体与凝血级联、致病性大肠杆菌感染，并独特富集MAPK级联负调控、凋亡、癌症相关通路、铁死亡和胞吐作用。3.6 基因交互分析揭示协同和拮抗机制：全因子DESeq2模型发现78个基因存在显著交互，46个为协同、32个为拮抗；协同基因包括补体C1q、tnf4、caspase-3、myc-2、nr4α3、odc1、mct7等，涉及凋亡、炎症、应激和代谢；拮抗基因包括hsp90α1、il2rg、il20rb、ptx3、krt8、krt18、mfap4、kcnj8、kcnj15、trpv5、cxcr3等，提示热适应和保护性反应受抑。3.7 WGCNA识别响应交互的关键模块：14个模块中模块11和模块25与交互项相关性最强；模块11在NP-32 ℃显著下调，富集表皮分化、角质形成细胞分化、桥粒组装、细胞连接组织以及钙黏蛋白、整合素、黏着斑和黏附连接信号，hub基因包括tfap2c、egfl6、aim1；模块25在NP-32 ℃显著上调，富集氨基酸代谢、AMPK信号和亚硝酸还原酶活性，hub基因包括slc20a1b、epha2、arrdc3。3.8 抗氧化酶和氧化应激标志物验证：48 h暴露后，所有处理组CAT活性显著升高，NP-32 ℃最高为28.22 ± 7.90 U/mg prot，约为CON-25 ℃的6.7倍；SOD活性亦升高，NP-32 ℃最高为6.16 ± 1.43 U/mg prot，约为CON-25 ℃的2.2倍；MDA仅在NP-25 ℃显著升高；GSH在NP-25 ℃和NP-32 ℃显著降低。3.9 表型水平交互：2×2析因ANOVA显示，肠道绒毛长度和宽度呈亚加性损伤趋势，CAT和SOD呈超加性升高趋势，GSH协同耗竭，MDA未表现超加性升高；但各表型交互未达名义显著，解释为方向性趋势，且与转录组交互模式一致。3.10 qPCR验证：12个差异表达基因的qPCR结果与RNA-seq表达模式一致，RNA-seq与qPCR log
2FC在NP-32 ℃ vs CON-25 ℃中强正相关，R
2=0.97，p=5.9×10
?9，方向一致性为100%。
讨论部分总结：研究人员认为，海水高离子强度压缩双电层、降低zeta电位并促进NPs聚集，升温进一步增大粒径并降低胶体稳定性，提示需在风险评估中考虑聚集体行为和沉积。消化道是主要积累部位，12 h峰值反映摄取、上皮转运和消除的动态平衡；升温通过提高代谢和摄食率等增加内负载，并加重肠道病理。肠道绒毛脱落和结构基因抑制表明联合暴露破坏上皮屏障维持程序。免疫炎症方面，IL-17信号通路在多个比较组中一致富集，共暴露呈现更广泛免疫激活；负调控MAPK级联仅在联合应激富集，提示稳态反馈可能失败。Module 25富集AMPK信号和氧化应激通路，支持升温放大NPs诱导的能量危机和代谢应激。拮抗交互中，热适应相关离子通道、结构蛋白、免疫信号组分和hsp90α1受到抑制，提示NPs干扰保守热适应程序。癌症相关通路仅在共暴露组独特出现，提示联合应激产生非加和转录状态。局限性包括仅测试一种聚合物、一种粒径、一种浓度和一种升温条件，浓度高于典型环境水平，荧光信号反映肠道相关累积而未区分摄取与消除。
研究结论翻译：本研究表明，PS-NPs与升温共暴露在海洋青鳉幼虫中诱导协同毒性。消化道被确定为NPs生物累积的主要途径和最脆弱靶组织，热应激加速颗粒负载并加重肠道黏膜损伤。转录组分析显示，共暴露诱导免疫炎症通路的协同放大，NPs通过通常用于病原体识别的分子框架被感知，例如触发吞噬体激活、呼吸爆发和凋亡，同时抑制关键保护反应，包括热休克蛋白（hsp90α1）和关键免疫信号组分（il2rg、ptx3）。最值得关注的是，联合应激产生与癌症相关通路相关的转录状态。此外，对CAT、SOD、MDA、GSH以及肠道绒毛形态（长度和宽度）的交互分析显示，标准化Cohen's d交互指数呈现与转录组预测一致的协同抗氧化诱导和屏障损伤趋势，表明交互作用超出转录重塑并延伸至整体生理。总体而言，这些结果表明当前单应力、最适温度风险评估低估了NPs的生态威胁，强调随着海洋热浪加剧和塑料产量持续上升，迫切需要多应力框架。
