聚苯乙烯纳米塑料暴露会加重SCN1A突变模型中的癫痫易感性

《Journal of Hazardous Materials》：Polystyrene Nanoplastic Exposure Exacerbates Epileptic Vulnerability in SCN1A Mutation Models

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  纳米塑料在SCN1A缺乏模型中会加剧神经炎症和细胞凋亡。
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  直径较小的纳米塑料（50nm）比100nm的颗粒具有更明显的神经毒性。
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  PS-NP暴露会破坏类固醇平衡，提高SCN1A突变模型中的皮质醇水平。
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  接受PS-NP处理的Scn1a?/?小鼠表现出过度活跃和癫痫发作倾向增加。

章节摘录

引言

塑料已成为现代社会的重要材料，全球年产量约为4.5亿吨，预计到2045年将翻倍[1] [2]。大部分塑料废物会经历物理、化学和生物降解，产生广泛分散在陆地和水环境中的颗粒碎片[3]。微塑料（MPs）被定义为合成的、不溶于水的固体塑料颗粒。

PS-MP的制备与处理

本研究使用了两种尺寸的聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）：50nm（Fluoresbrite? YG Carboxylate微球0.05μm，产品编号16661-10）和100nm（Fluoresbrite? YG Carboxylate微球0.1μm，产品编号16662-10），均购自Polysciences（美国宾夕法尼亚州沃灵顿）。据制造商称，这两种产品都是以2.5%（w/v）的羧基功能化聚苯乙烯水悬浮液形式提供，密度为1.05g/cm3，并且都带有相同的黄绿色标记。

PS-NP暴露对脑类器官中神经炎症和凋亡信号的影响

本研究中使用的SCN1A?/?细胞系通过CRISPR-Cas9编辑从亲本IMR90-4 iPSC细胞系衍生而来，携带一个杂合的单碱基对移码缺失。SCN1A?/?类器官中的SCN1A基因表达显著降低，Nav1.1蛋白在120天时也相应减少，而同基因型的类器官形态相似（见图S1）。Scn1a?+/?细胞系和SCN1A?/?细胞系从iPSCs衍生，分别暴露于50nm和100nm的PS-NP中，浓度为100μg/mL，持续7天。

讨论

本研究旨在探讨环境暴露与癫痫遗传易感性之间的联系。鉴于SCN1A单倍体缺乏会带来基础性的神经脆弱性，我们假设PS-NPs作为“二次打击”的环境诱因，会加重疾病相关表型。利用人类iPSC衍生的脑类器官和Scn1a?/?小鼠，我们发现PS-NP暴露会引发神经炎症、细胞凋亡、神经递质和类固醇水平的改变。

结论

总之，PS-NP暴露降低了SCN1A缺乏的脑类器官和小鼠的癫痫发作阈值，这伴随着神经炎症、细胞凋亡、GABA含量减少以及抑制性突触标志物的变化，类固醇谱也发生了改变。其中一些反应（包括VGLUT2表达、皮质醇和运动活动）显示了明显的基因型×暴露交互作用，表明对暴露的反应因基因型而异。

意义声明

虽然纳米塑料被认为是能够穿越血脑屏障的神经毒素，但它们是否会影响已存在的神经系统疾病的结果尚不清楚。通过使用患者来源的脑类器官和Dravet综合征的小鼠模型，本研究表明聚苯乙烯纳米塑料会引发神经炎症，破坏神经化学平衡，并显著降低遗传易感宿主的癫痫发作阈值。

作者贡献声明

Jeong Hyeon Jo：撰写初稿、可视化处理、方法设计、实验实施、数据分析、数据整理。Sung Bum Park：撰写初稿、可视化处理、方法设计、实验实施、数据整理、概念构思。Ki Young Kim：审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金申请、概念构思。Hye Jin Nam：方法设计、实验实施、数据分析。Seong Soon Kim：数据整理、数据分析、实验实施、撰写。

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢韩国科学技术信息通信部（资助编号：RS-2021-NR059425）、卫生福利部（资助编号：RS-2025-25462806）和韩国化学技术研究院（资助编号：KK2633-30, KK2531-10, KK2653-10, DK2683-02）的财政支持。

作者不存在潜在的利益冲突。

作者列表：Jeong Hyeon Jo | Sung Bum Park | Won Hoon Jung | Jangjae Lee | Seong Soon Kim | Woorin Seo | Jeonghui Im | Kyung Jin Choi | Byumseok Koh | Hye Jin Nam | Myung Ae Bae | Sung-Hee Cho | Ki Young Kim