《Water Biology and Security》：Ocean warming modifies nanoplastic toxicity: Lipid remodeling and proteostasis responses in mussels
编辑推荐：
• 海洋变暖（OW）改变贻贝代谢率并增加纳米塑料（NPs）生物累积。
• 海洋变暖（OW）加剧纳米塑料（NPs）诱导的氧化损伤并触发脂质储备耗竭。
• 多组学揭示温度依赖性的脂质与氨基酸重编程。
• 磷脂酰胆碱（PC）积累与蛋白质稳态破坏同海洋变暖（OW）与聚
• 海洋变暖（OW）改变贻贝代谢率并增加纳米塑料（NPs）生物累积。
• 海洋变暖（OW）加剧纳米塑料（NPs）诱导的氧化损伤并触发脂质储备耗竭。
• 多组学揭示温度依赖性的脂质与氨基酸重编程。
• 磷脂酰胆碱（PC）积累与蛋白质稳态破坏同海洋变暖（OW）与聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）之间的交互作用相关。
研究背景：微塑料（MPs，<5 mm）和纳米塑料（NPs，<1000 nm）广泛累积并破碎，因比表面积大、膜通透性高而更易被细胞内化并沿海洋食物网传递。已有研究报道NPs对初级生产者、初级和次级消费者的毒性，但生态风险评估多将NPs作为单一污染物，忽视其与同期环境胁迫的交互作用。海洋变暖（OW）是海洋生态系统面临的严峻挑战，对体温受环境调控的海洋外温动物而言，热胁迫可改变外源物的摄取、代谢和消除，进而改变污染物敏感性。地中海贻贝（Mytilus galloprovincialis）是提供食物和生境结构的基础物种，也是固着滤食和强生物累积能力的典型生物指示物；在升温与塑料陆源输入并存的近岸，需评估双重压力。研究人员据此提出升温增强PS-NPs摄取并放大PS-NPs诱导的氧化应激和代谢紊乱的假设，采用生理测定结合转录组和代谢组，解析PS-NPs与OW单独及联合胁迫对生物累积、能量支出、氧化还原稳态的影响及潜在分子机制。
关键技术方法：研究人员从中国烟台本地养殖场（121.6°E, 37.4°N）采集规格均匀的成年地中海贻贝（壳长5.51 ± 0.6 cm；干组织重0.49 ± 0.11 g），在中国科学院牟平海岸带环境试验站（Muping Coastal Environment Station, Chinese Academy of Sciences）驯化；540只随机分为对照、LP、HP、OW、LP + OW、HP + OW六组，设置17 °C与21 °C及0、0.5、5 mg/L PS-NPs，暴露7 d后取消化腺。关键技术包括相对PS-NPs累积荧光定量、标准代谢率（SMR，维持基础稳态的能量支出指标）呼吸测定、氧化应激与脂质生化指标检测、非靶向代谢组学（UHPLC-Orbitrap Q Exactive）、转录组RNA-seq、方差分析同时成分分析（ASCA，解析多因素交互效应的多变量统计方法）、加权基因共表达网络分析（WGCNA，基因模块-性状关联分析）、跨组学KEGG网络及双因素方差分析。
研究结果：
3.1 相对PS-NPs累积与标准代谢率（Relative PS-NPs accumulation and standard metabolic rate）：通过荧光定量和呼吸测定，两因素方差分析显示温度与PS-NPs浓度对相对累积有显著交互，对SMR无显著交互；LP和HP均增加消化腺相对累积，OW在LP下进一步增加，HP与HP + OW间无显著温度差异；HP抑制SMR，无PS-NPs和LP条件下OW升高SMR，HP + OW最低，表明高浓度共暴露下代谢抑制最明显。
3.2 氧化应激标志物与脂质稳态（Oxidative stress biomarkers and lipid homeostasis）：通过生化指标检测，T-AOC（总抗氧化能力，综合抗氧化能力指标）和GSH/GSSG（还原型/氧化型谷胱甘肽比值，细胞内氧化还原平衡指标）存在显著交互，MDA（丙二醛，脂质过氧化标志物）无显著交互；LP在17 °C降低GSH/GSSG，HP和OW单独升高；升温在LP下升高GSH/GSSG，在HP下显著降低；HP和OW单独升高T-AOC，但HP下升温降低T-AOC，HP + OW最低；MDA在HP和OW单独升高，升温进一步增加PS-NPs暴露下MDA；TG（甘油三酯，可动员能量储备）和T-CHO（总胆固醇，膜相关脂质调控指标）无显著交互；HP和OW单独耗竭TG，共暴露持续低水平；T-CHO在PS-NPs单独暴露无显著影响，热应激显著升高T-CHO。
3.3 代谢组学分析与通路重编程（Metabolomics profiling and pathway reprogramming）：通过非靶向代谢组学，PLS-DA显示各组与对照分离，HP + OW代谢偏移最大；LP、HP、OW、LP + OW、HP + OW分别鉴定53、92、136、123、111个差异代谢物；LP主要扰动氨基酸代谢，HP影响GPI锚定生物合成、核苷酸代谢、自噬和甘油磷脂代谢；OW与LP + OW在脂质相关通路上高度一致；HP + OW富集氨酰-tRNA生物合成、支链氨基酸代谢、ABC转运体、神经活性配体-受体互作及脂质和氨基酸代谢；ASCA显示温度与PS-NPs显著交互，高温逆转浓度依赖代谢响应，主要影响丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸生物合成、色氨酸代谢、丙酸代谢及烟酸和烟酰胺代谢。
3.4 转录组响应与基因-代谢物共表达网络（Transcriptomic responses and gene-metabolite co-expression network analysis）：通过RNA-seq、GSEA和WGCNA，LP、HP、OW、LP + OW、HP + OW分别鉴定4845、3625、4267、5991、5783个差异表达基因；单独PS-NPs或OW主要下调核糖体生物发生、氨酰-tRNA生物合成、DNA复制、RNA聚合酶和TCA循环等，OW抑制蛋白合成及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢；联合暴露总体上调，LP + OW富集内吞、聚糖生物合成和Wnt信号，HP + OW富集内质网蛋白加工、线粒体自噬、mRNA监测和聚糖生物合成；WGCNA得到17个模块，salmon和brown模块与PC衍生物和色氨酸相关，lightcyan和pink模块与磷脂酰肌醇及溶血磷脂相关；salmon和brown模块富集蛋白加工、氨基酸生物合成、自噬和泛素介导蛋白水解。
3.5 分子响应通路网络分析（Pathway network analysis of molecular responses）：通过跨组学KEGG网络拓扑，LP以能量代谢枢纽为主（TCA循环、糖酵解/糖异生）；HP转向遗传信息处理枢纽（DNA复制、核糖体生物发生、RNA聚合酶）；OW广泛抑制氨基酸和脂质代谢网络；LP + OW以碳水化合物和次级代谢枢纽为主（戊糖与葡萄糖醛酸互变、肌醇磷酸、抗坏血酸和醛酸代谢）；HP + OW以甘油磷脂代谢和戊糖与葡萄糖醛酸互变为主，ABC转运体、线粒体自噬和内质网蛋白加工分散分布，表明共暴露影响细胞稳态和解毒相关通路。
讨论总结：滤食性贻贝易累积塑料颗粒，OW在LP下增加相对PS-NPs累积，可能与温度依赖的颗粒可利用性和摄取过程有关；OW升高SMR，HP抑制SMR，HP + OW最低，提示行为-代谢反馈可能限制HP + OW累积。单独HP或OW升高T-AOC，共暴露降低T-AOC并伴随GSH/GSSG下降和MDA升高，表明联合暴露下氧化还原缓冲受损。TG在各处理中耗竭，HP + OW最低；热应激升高T-CHO，可能参与膜稳定性适应；代谢组显示LP增加棕榈酰肉碱，HP下调多种甘油磷脂，OW消耗多不饱和脂肪酸及下游前列腺素和白三烯，HP + OW积累PC和LysoPC；特定PC与内质网蛋白加工、自噬和泛素介导降解模块相关，HSP70、DnaJ、泛素C和E1A泛素激活酶上调。LP改变精氨酸和脯氨酸代谢中间体并抑制TCA循环；HP + OW氨基酸积累与GSH耗竭并存，核糖体生物发生下调；色氨酸在单暴露下降、共暴露积累，5-羟色氨酸下降和5-羟基吲哚乙酸增加提示5-HT通路周转，吲哚衍生物变化可能反映宿主-微生物群相关色氨酸代谢；色氨酸积累与HSP70相关基因正相关。研究局限包括短期4 °C升温和7 d暴露、高剂量情景、未评估长期终点，荧光法缺少独立验证，自然老化颗粒性质可能不同。研究结论翻译：该研究显示，OW以浓度依赖方式改变地中海贻贝对PS-NPs的短期生理和分子响应；OW在LP暴露下增加PS-NPs累积，但在HP暴露下未产生显著额外增加；SMR在无PS-NPs和LP处理下随升温升高，但在HP和HP + OW暴露下降低，显示浓度依赖性代谢响应；升温亦以浓度依赖方式改变抗氧化响应，OW单独增强抗氧化能力，而HP + OW出现明显氧化还原失衡和脂质过氧化；整合转录组和代谢组进一步揭示脂质和氨基酸代谢显著重塑及中心碳代谢变化；共表达和跨组学网络分析将这些代谢改变与蛋白质稳态相关过程联系起来，包括内质网蛋白加工、线粒体自噬、自噬和泛素介导蛋白水解；总体而言，该研究结果为未来慢性研究提供基础，并强调将气候相关温度情景纳入纳米塑料风险评估的重要性。
