脱纤维蛋白血中PET微/纳米塑料与四环素共暴露：探索性光谱、氧化还原及大肠杆菌响应

《Microplastics》：PET Micro/Nanoplastic–Tetracycline Co-Exposure in Defibrinated Blood: Exploratory Spectroscopic, Redox, and Escherichia coli Responses

　　

先前研究表明，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微/纳米塑料（MNPs）可能与抗生素在环境和生物基质中共存；然而，它们在血液中的联合行为仍未得到充分表征。本研究检测了由水瓶制备的PET MNPs（0.5、2.5和7.5 mg/mL）与四环素（2–50 μg/mL）在脱纤维蛋白马血中的共暴露。经过24小时暴露和颗粒去除后，研究人员评估了紫外-可见光（UV–visible）吸光度、内在荧光、氧化还原指标以及后续的大肠杆菌（Escherichia coli）响应。血液生化结果显示，血红蛋白相关吸光度、色氨酸主导荧光、活性氧（ROS）、还原型谷胱甘肽（GSH）、超氧化物歧化酶（SOD）和脂质过氧化（LPO）出现条件依赖性变化。当将处理后的血液上清液应用于大肠杆菌时，单独四环素降低细菌OD₆₀₀，而选定PET MNP–四环素共暴露部分恢复了细菌增殖并改变了氧化应激响应。大肠杆菌沉淀的衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR–FTIR）分析显示，磷酸盐、脂质和蛋白质相关谱带出现剂量依赖性调节，表明在特定暴露组合下细菌生化指纹图谱发生变化。总体而言，研究结果表明，PET MNPs可在血液基质中修饰四环素相关的光谱、氧化还原和细菌响应模式。未来结合吸附测定、游离四环素定量、蛋白质冠分析、时程暴露设计和抗生素敏感性测试的研究将进一步阐明这些基质依赖性相互作用效应的机制基础和生物学意义。

**论文解读：PET微/纳米塑料与四环素在脱纤维蛋白血中的共暴露效应**

**研究背景与问题**

微/纳米塑料（MNPs）已成为水、陆地和大气环境中普遍存在的污染物，常与包括抗生素在内的药物活性化合物共存。四环素（Tet）作为人医和兽医中广泛使用的抗菌药物，其在环境中的残留引发了生态与健康关注。已有研究表明，MNPs与Tet之间的相互作用涉及静电、疏水、氢键及π-π作用，吸附行为受颗粒尺寸、表面性质、聚合物类型及化学条件影响。然而，绝大多数研究聚焦于水体和土壤环境。近年来，人体血液中塑料颗粒的检出引发了新问题：这些颗粒如何与血液组分及共存污染物（如抗生素）相互作用？血液是一种含蛋白质、氧化还原活性物质、代谢物和细胞的复杂基质，MNPs可能通过改变蛋白质相关光谱信号、氧化还原平衡及下游生物学响应来影响抗生素行为。此外，氧化应激被认为是MNPs和抗生素共同的关键响应通路，但共暴露场景可能产生非简单加和的效应。因此，在血液基质中评估PET MNPs与Tet共暴露的效应，对于理解环境-宿主-细菌界面健康风险具有重要意义。本研究旨在探索PET MNPs与Tet在脱纤维蛋白血中24小时暴露后的光谱、氧化还原及大肠杆菌模式，为后续机制研究提供基础。论文发表在《Microplastics》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用商业购买的脱纤维蛋白马血作为实验基质（无直接动物操作）。PET MNPs由水瓶经实验室程序制备，粒径范围为300–500 nm，未进行人工老化；实验浓度设为0.5、2.5和7.5 mg/mL（分别记为MNP1x、MNP5x、MNP15x）。四环素盐酸盐以水溶液加入，终浓度2、10、50 μg/mL（Tet1x、Tet5x、Tet25x）。暴露24小时后，通过离心去除细胞和部分颗粒，获得颗粒耗竭上清液。主要技术方法包括：紫外-可见光谱（UV–Vis）记录300–800 nm吸收；荧光光谱（激发280 nm，发射300–450 nm）检测色氨酸占主导的荧光；氧化应激标志物测定（ROS用DCFH-DA法、GSH用NADPH依赖性法、SOD用硝基蓝四唑法、LPO用TBARS法）；随后将上清液应用于大肠杆菌ATCC 35218，培养24小时后测定OD₆₀₀、氧化应激指标及细菌沉淀的ATR–FTIR指纹图谱（1800–1000 cm^-1，经二阶导数处理）。所有实验设4个生物学重复，ANOVA分析（p < 0.05）。

**研究结果**

**3.1 荧光光谱**
通过监测血液上清液中色氨酸占主导的荧光，发现Tet单独处理使荧光降低14.2%–21.6%，MNP单独处理降低10.9%–22.1%。共暴露条件下，荧光变化呈条件依赖性而非单调剂量响应，例如Tet1x与MNP5x组合时荧光略高于对照（+3.8%），而其他组合多表现为降低。这表明共暴露改变了蛋白质微环境，可能涉及Tet-蛋白质结合、MNP-蛋白质冠形成及内滤效应等复合过程。

**3.2 血红素相关紫外-可见特征**
Soret带（414 nm）在Tet5x时升高约13.9%，Tet25x时降低30.5%；MNP单独导致–15.2%至+8.8%的变化。共暴露时，Soret吸收变化复杂，例如Tet1x+MNP1x和MNP5x降低约8%–16%，而Tet1x+MNP15x接近对照。630 nm氧化相关特征和540/576 nm氧合血红蛋白带通常与Soret带同向变化。这些结果提示血红素微环境改变，可能涉及氧化、吸附、蛋白质冠形成及颗粒去除引起的血红蛋白再分布。

**3.3 血液上清液中的氧化应激指标**
ROS：Tet单独使ROS升高108.9%–187.6%，MNP单独升高83.3%–140.2%。共暴露时，多数组合ROS低于对应Tet单独组，如Tet25x+MNP1x仅增加0.2%，提示MNP可能通过吸附Tet降低游离抗生素对氧化反应的贡献。
GSH：MNP单独使GSH活性降低9.5%–35.8%，Tet单独在低浓度升高（+12.6%和+59.5%），高浓度降低（–34.6%）。共暴露时，GSH表现出拮抗或协同效应，如Tet5x+MNP5x升高57.8%，而Tet25x+MNP1x降低5.2%。
SOD：Tet低浓度轻微升高SOD（+2.0%），中高浓度降低（–16.6%和–15.9%）；MNP单独在1x和5x时升高（+13.8%和+12.9%），15x降低。共暴露时SOD变化幅度较小。
LPO：所有处理均使LPO高于对照。MNP单独呈剂量依赖性升高，Tet单独随浓度升高而降低。共暴露时，LPO在Tet1x和Tet5x下维持较高水平，Tet25x则显著降低，尤其在MNP5x时。这些结果支持MNP的双重作用：低浓度时可作为Tet载体增强氧化，高浓度时可能作为缓冲剂。

**3.4 大肠杆菌生长、氧化还原终点及ATR-FTIR指纹图谱**
OD₆₀₀：Tet25x单独使OD₆₀₀降低约12%；MNP1x和MNP5x单独升高OD₆₀₀（约1.19和1.09），MNP15x降低。多数共暴露组合的OD₆₀₀高于对应Tet单独组，如Tet25x+MNP1x升至约1.18，表明MNP部分缓解了Tet的生长抑制效应，可能通过吸附Tet降低游离抗生素浓度。
大肠杆菌氧化应激：ROS在MNP5x单独时升高最显著，Tet1x和Tet5x升高，Tet25x降低。共暴露时，Tet1x和Tet5x下的ROS低于对应Tet单独组，Tet25x下维持低水平。GSH活性普遍升高，MNP单独和Tet单独均诱导2–3倍升高，共暴露时Tet5x+MNP5x达到最高（约3.56倍），但Tet25x共暴露时GSH降低至1.16–1.37。SOD变化微小（0.97–1.07）。LPO在所有处理中均显著升高（3.8–4.5倍），但Tet25x共暴露时LPO降至约2.0倍。这些结果表明，MNP和Tet的相互作用改变了细菌的氧化还原适应状态。
ATR-FTIR指纹图谱：二阶导数处理后的光谱显示，在1082 cm^-1（多糖/磷酸区）、1240 cm^-1（磷酸二酯区）、1406 cm^-1（羧酸区）和1540 cm^-1（酰胺II区）出现剂量依赖性调节。例如，Tet1x+MNP5x组在1082 cm^-1和1240 cm^-1的值高于Tet1x单独，而Tet25x+MNP5x组则显著降低。这表明共暴露导致细菌整体生化指纹的比率依赖性重塑。

**讨论与结论**

讨论部分指出，荧光、UV–Vis和氧化应激指标的变化均不能用单一机制解释，而应视为复合生物界面过程的结果，包括Tet-蛋白质结合、MNP-蛋白质冠形成、吸附/载体效应、缓冲作用及氧化还原扰动。在细菌部分，共暴露不能简单视为协同或拮抗，而是取决于Tet生物可利用性、MNP表面吸附能力、蛋白质冠效应及细菌防御能力的相对优势。研究结论部分总结：PET MNPs可在脱纤维蛋白血基质中修饰Tet相关的光谱、氧化还原和细菌响应模式，共暴露下的响应非简单加和，表明PET MNPs可能通过吸附改变Tet的局部浓度和生物可利用性，从而影响其抗菌压力。研究同时指出，此工作为体外探索性模型，未直接量化游离Tet分数、颗粒表面性质变化及抗性相关终点，未来需结合吸附等温线、LC-MS/MS质量平衡、蛋白质冠分析、时程实验及抗生素敏感性测试，以阐明机制基础。从“同一健康”视角，此类基质依赖性相互作用可能影响有效抗生素活性及细菌应激生理，因此未来共暴露评估应考虑浓度比率、基质效应和阈值响应模式。