聚苯乙烯纳米塑料扰乱巨噬细胞线粒体稳态与炎症反应：CPEB4相关证据

《Environmental Pollution》：Polystyrene Nanoplastics Perturb Macrophage Mitochondrial Homeostasis and Inflammatory Responses: Evidence Implicating CPEB4

　　以下是该学术论文的中文译文：**摘要要点**• 聚苯乙烯纳米塑料在亚细胞毒性剂量下即可在细胞死亡发生前触发活性氧（ROS）的产生。• 多组学分析揭示纳米塑料破坏了巨噬细胞的线粒体稳态。• 纳米塑料暴露后，线粒体复合体 I 的功能障碍先于 ATP 的丢失。• CPEB4/INO80B 的失调可能与纳米塑料毒性相关。• 小鼠原代腹膜巨噬细胞对纳米塑料产生炎症反应。**引言**塑料污染已成为重大的环境与公共卫生问题。聚苯乙烯是一种广泛使用的合成高分子聚合物，在环境风化作用下可碎裂为微塑料和纳米塑料（Li et al., 2025; Teng et al., 2023）。聚苯乙烯纳米塑料（NPs）因其粒径小、比表面积大、环境持久性强等特点，越来越多地在水体、食物链、空气以及生物样本中被检出，导致人类和生态系统的不可避免的暴露（Jiang et al., 2022a; Xu et al., 2022）。与较大的微塑料相比，纳米级颗粒更易被细胞内化，且可能穿过生物屏障，从而引发对其潜在毒性的关注（Perez-Garcia et al., 2025）。巨噬细胞参与颗粒的识别、摄取、清除以及炎症信号传导。其对外源性颗粒材料的反应既取决于颗粒本身的性质，也取决于细胞的代谢状态。既往研究表明，聚苯乙烯颗粒可改变巨噬细胞的存活率、氧化状态和炎症介质的产生（Adler et al., 2024; Yin et al., 2023）。然而，早期线粒体扰动、氧化还原反应与后续细胞损伤三者之间的关系仍未被充分阐明（Jeon et al., 2023）。线粒体代谢为巨噬细胞提供能量，并参与炎症的调控。电子传递链的扰动会影响膜电位、活性氧（ROS）的产生以及细胞的氧化还原平衡。这些反应不一定在同一暴露浓度或同一时间点出现，因为其检测依赖于线粒体扰动的程度、细胞的代偿能力以及检测方法的灵敏度（Li et al., 2023; Natarajan et al., 2024; Saller et al., 2025; Zhou et al., 2011）。此外，线粒体功能障碍可能损害依赖腺苷三磷酸（ATP）的调控过程，包括染色质重塑和转录后调控（Eustermann et al., 2024; Hargreaves and Crabtree, 2011）。因此，对细胞内 ATP 含量、氧化还原辅因子以及单个呼吸链活性的测定可提供互补信息，但单独任一项均不足以确立完整细胞中氧化磷酸化（OXPHOS）的变化情况。细胞质多聚腺苷酸化元件结合蛋白 4（CPEB4）是一种与翻译调控和线粒体稳态相关的 RNA 结合蛋白（Suner et al., 2022; Zeng et al., 2023）。既往研究已将 CPEB4 与巨噬细胞的炎症消退及在其他细胞背景下对代谢的调控联系起来（Arasaki and Hayata, 2024; Cui et al., 2020）。这些发现为在巨噬细胞对 NPs 的反应中研究 CPEB4 提供了依据。然而，CPEB4 是否在 NPs 相关的线粒体损伤中起因果性作用仍属未知。INO80 复合体亚基 B（INO80B）是依赖 ATP 的 INO80 染色质重塑复合体的一个组成部分（Zhang et al., 2017; Zhou et al., 2016），是另一个潜在相关的因子，因为在细胞应激状态下，线粒体反应和转录反应可能同时发生。在本研究中，我们首先重新分析了一份来源于成年斑马鱼肠道的公开单细胞 RNA 测序数据集，以探索性方式获得免疫细胞相关反应在面对 100 nm 聚苯乙烯微球暴露时的信息。随后，我们使用 RAW264.7 巨噬细胞在受控暴露条件下研究细胞反应，并使用小鼠原代巨噬细胞检验所选取功能性结果的重复性。我们整合了转录组学与代谢组学分析，并结合了线粒体功能检测、细胞因子测定、蛋白表达分析、CPEB4 敲低、细胞热位移分析（CETSA）以及分子模拟。本研究旨在表征 NPs 相关的巨噬细胞反应，并将 CPEB4 作为候选贡献因子进行评估，但并不假定跨物种的观察结果能够确立保守的因果机制。**分段摘录****单细胞转录组数据的采集与分析**来自成年斑马鱼肠道的单细胞 RNA 测序数据取自 Gene Expression Omnibus（GEO）数据库，登录号为 GSE136109。数据处理使用 NovelBrain 云分析平台完成。对该数据集的分析旨在探索与细胞类型相关的转录模式，并为后续在小鼠巨噬细胞中开展的实验提出假设，而非建立跨物种的机制等价性。该数据集包含六个肠道样本：**探索性单细胞分析识别出与 NPs 暴露相关的免疫及代谢通路**我们重新分析了来自成年斑马鱼（*Danio rerio*）肠道的公开单细胞 RNA-seq 数据，以探索 NPs 暴露下的转录反应。经质量控制与聚类后，鉴定出内皮细胞、肠上皮细胞、免疫细胞以及少数细胞亚群（图 1A）。KEGG 分析突出显示了 OXPHOS、碳代谢和柠檬酸循环通路（图 1B）。对免疫细胞再次聚类后，识别出 B 细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和 T 细胞（图 1C）。免疫细胞相关基因包括……**讨论**本研究整合了探索性单细胞分析、多组学分析及细胞实验，以表征巨噬细胞对 NPs 的反应。NPs 暴露与炎症细胞因子分泌、线粒体扰动以及 CPEB4 和 INO80B 丰度的降低相关。这些发现支持 NPs 引发免疫代谢反应的观点，但各成分之间的因果关系尚未完全阐明。网络毒理学分析以聚苯乙烯作为查询物质。所得结果……**结论**本研究证实，NPs 暴露会在巨噬细胞中诱导炎症反应并扰乱其线粒体功能，且部分效应在 RAW264.7 细胞和小鼠原代巨噬细胞中均被观察到。复合体 I 活性对暴露较为敏感，在 RAW264.7 细胞中，即便在远低于导致显著 ATP 耗竭或明显细胞毒性的浓度下，也出现变化。CPEB4 丰度的降低及其基因沉默的效果提示，CPEB4 可能参与氧化还原与能量……**CRediT 作者贡献声明****Yu Xi：** 研究方法。**Li Xu：** 论文撰写——初稿、研究方法、调查研究。**Liu Yingjuan：** 论文撰写——审阅与编辑、指导、经费获取。**Han Litong：** 研究方法。**Zhang Shenghan：** 论文撰写——初稿、研究方法、调查研究。**利益冲突声明**作者声明，他们没有已知的、可能影响本文所报道工作的竞争性经济利益或个人关系。**数据声明**本研究产生的原始转录组与代谢组数据属于一项正在进行的关于不同表面修饰聚苯乙烯纳米塑料对巨噬细胞影响的更大项目的组成部分。这些数据尚未在公共数据库中归档。待该更大项目完成后，数据集将被提交至合适的公共仓库，并在获得相应登录号后予以公布。**资金支持**本研究受中国山东省自然科学基金（ZR2025MS373）和国家自然科学基金委（32200802）资助。**利益冲突声明**? 作者声明，他们没有已知的、可能影响本文所报道工作的竞争性经济利益或个人关系。Xu Li｜Yu Xi｜Zhang Shenghan｜Han Litong｜Liu Yingjuan