聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC）纳米塑料在体外Caco-2细胞培养/黏液模型中的细胞吸收、运输及炎症反应

《Environmental Toxicology and Pharmacology》：Cellular uptake, transport, and inflammatory responses of polyethylene terephthalate (PET) and polyvinyl chloride (PVC) nanoplastics in in vitro Caco-2 monoculture/mucus models

　　

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  PET和PVC纳米塑料的尺寸分布和亲水性相当。
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  PET和PVC纳米塑料显示出不同的蛋白质冠层特征。
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  PET和PVC纳米塑料均没有损害细胞的活力或屏障完整性。
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  在肠道黏液模型中，PET纳米塑料的传输能力高于PVC纳米塑料。
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  PET和PVC纳米塑料通过释放TNF-α和IL-1β诱导出不同的细胞因子反应。

引言

塑料材料的广泛使用导致了大量的环境积累，以及人类对微塑料（MPls）和纳米塑料（NPls）的暴露不断增加。MPls和NPls可能是有意识制造的，也可能是通过人类活动和长期的环境降解过程无意中产生的（Sangkham等人，2022年）。尽管还没有被普遍接受的定义，但NPls通常被定义为直径小于0.1或1微米的塑料颗粒（Gigault等人，2018年）。与MPls（<5微米）相比，由于体积更小且比表面积更大，NPls具有不同的物理化学性质和胶体特性，这可能使它们更容易与生物系统相互作用，并能够穿越生物屏障（Gigault等人，2021年）。在环境介质中，包括地表水和海水中（ten Hietbrink等人，2025年；Xu等人，2022年），以及食品中，如海产品、盐和瓶装饮用水中（Fraissinet等人，2024年；Ruan等人，2024年；Zhang等人，2023年）都发现了NPls。塑料食品接触材料（FCMs）也被报道为NPls的潜在来源（Chen等人，2023年；Zimmermann等人，2025年），但由于缺乏经过验证的量化技术，仍存在很大的分析不确定性（EFSA等人，2025年）。这些发现表明，胃肠道是通过食物、饮用水和塑料FCMs接触NPls的重要途径。

肠上皮是一种重要的屏障，它调节营养物质的吸收和运输，排除外来物质，并维持免疫稳态。屏障功能失调可能会增加肠道通透性并引发炎症反应（Peterson和Artis，2014年）。基于分化的Caco-2细胞单层的体外模型被广泛用来模拟人体肠上皮，因为这些细胞能够分化成含有微绒毛的类似肠上皮的细胞并形成紧密连接（Sambuy等人，2005年）。通过加入黏液层（例如由类似杯状细胞的HT29-MTX细胞分泌的黏液层），可以进一步提高模型的生理相关性，模仿保护性的黏膜屏障（Pan等人，2015年）。使用Caco-2模型进行的研究表明，聚苯乙烯（PS）纳米塑料可以与肠上皮细胞相互作用或在其中积累，影响屏障完整性、氧化应激、细胞内钙稳态和颗粒迁移（Choi等人，2024年；Hsu等人，2025年；Wang等人，2024年；Yan等人，2023年）。

重要的是，NPls的生物学行为不仅取决于颗粒大小，还取决于聚合物类型。我们之前的研究表明，在分化的Caco-2细胞和联合的肠道-肝脏模型中，颗粒的吸收特征和炎症反应在基因和蛋白质水平上都依赖于聚合物类型（Paul等人，2023年；Paul等人，2022年）。在发炎的三重培养模型（Caco-2/HT29-MTX-E12/THP-1）中，暴露于PVC MPls和NPls会增加IL-1β的释放并导致上皮细胞的丢失，而PS则没有这些效应（Busch等人，2021年）。然而，这些研究中检查的不同聚合物类型的颗粒大小并不完全匹配，因此很难区分特定于聚合物的效应和潜在的尺寸依赖性效应。因此，需要使用具有相似颗粒大小的不同聚合物类型进行比较研究，以阐明聚合物类型在NPls的吸收、运输和生物反应中的作用。

在本研究中，选择了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC），因为这两种聚合物分别广泛应用于食品相关和消费品中（Andrady和Neal，2009年），并且在环境、食品和人体样本中经常被检测到（Brits等人，2024年）。除了它们的暴露相关性外，PET和PVC还具有不同的聚合物结构，这些结构可能会影响它们与生物界的相互作用；与已经广泛研究的PS NPls相比，这些相互作用仍知之甚少。在本研究中，我们使用体外 Caco-2单培养和黏液模型来研究这两种NPls的吸收、通透性和诱导的炎症反应。由于方法学上的限制，选择了4.46×10^8颗粒/cm2的剂量，以确保能够可靠地量化NPls的吸收和运输，同时这个剂量远低于体外 NPls毒性研究中常用的高浓度。细胞活力、屏障完整性、NPls的吸收和运输以及炎症反应通过MTT测定、跨上皮电阻（TEER）测量、关键促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α和IL-8）的定量和定性荧光分析来评估。本工作旨在阐明这两种NPls对肠上皮屏障的影响在聚合物类型上的差异，并提供它们经口服暴露后的潜在生物学影响。

部分摘要

化学品

PET粉末购自GoodFellow（<300微米，英国剑桥）。六氟-2-丙醇（HFIP）（>99.5%）购自Fluorochem（英国哈德菲尔德）。iDye Poly Pink购自Jacquard（美国加利福尼亚州海尔德斯堡）。Tween 80购自Xilong Scientific（中国广东）。PVC粉末的重量平均分子量（Mw）约为43,000，数平均分子量（Mn）约为22,000；四氢呋喃（THF）（≥99.9%，≤0.005% H?O）、异丙醇（≥99.8%）、1-辛醇（≥99%）。

PVC和PET纳米塑料的表征

通过透射电子显微镜（TEM）检查了NPls的颗粒大小和形态。这两种NPls都表现出球状形态（图1a，d）。相应的尺寸分布直方图见图1b和e。PVC和PET纳米塑料的平均颗粒大小分别为94±28纳米和120±44纳米。通过在水中对颗粒进行纳米颗粒跟踪分析（NTA），进一步分析了颗粒的高分辨率流体动力学尺寸分布。

讨论

PVC和PET纳米塑料都是通过纳米沉淀法制备的，并进一步使用膨胀扩散法进行荧光染色。iDye Poly Pink是一种用于染色的商业偶氮染料，与其他微塑料染色染料相比，它在水生动物中显示出良好的生物相容性（Karakolis等人，2019年；Villacorta等人，2024年）。NPls的表征结果表明，制备好的iDye Poly Pink标记的PVC和PET

结论

在本研究中，我们比较了自我制备并经过全面表征的PET和PVC纳米塑料，它们的颗粒大小和亲水性大致相当，但聚合物化学性质、Zeta电位和蛋白质冠层不同，以评估它们在两种基于Caco-2的细胞模型中对细胞活力、屏障完整性、吸收、运输和炎症反应的影响，使用的NPls剂量处于较低范围。PET和PVC纳米塑料均没有引起细胞活力的急性丧失或屏障的破坏

CRediT作者贡献声明

Yu-Tung Jhang：研究、正式分析、数据管理。Maxi B. Paul：视觉化、方法学、正式分析。Yu-Chen Hou：草稿撰写、方法学、数据管理。Chih-En Yeh：正式分析、数据管理。Chetan Sharma：数据管理、正式分析。Dajana Lichtenstein：数据管理、正式分析。Linda B?hmert：草稿撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。Holger Sieg：草稿撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。Andreas

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者使用了Claude Opus 5工具来提高英文写作质量。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容承担全部责任。

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：I-Lun Hsiao报告称获得了国家科学技术委员会（National Science and Technology Council）的财务支持。其他作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢台湾国家科学技术委员会（NSTC 113–2221-E-038–015）提供的财政支持。该项目部分由德国联邦风险评估研究所的内部拨款“微粒和纳米粒子的毒理学”（1322–782）资助。我们还要感谢德国联邦风险评估研究所的Marén Schlief在细胞培养技术方面提供的宝贵帮助。此外，我们也感谢Bundesanstalt für的Petra Fengler。

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