微塑料颗粒（MPP）短期与长期暴露于原始态及人工老化聚苯乙烯颗粒时肝脏巨噬细胞的差异化细胞响应

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Distinct cellular responses in liver macrophages to short- and long-term exposure to pristine and artificially aged polystyrene microplastic particles

　　

微塑料颗粒（MPP）源自管理不善的塑料废弃物、塑料降解（如农膜、纺织品或包装）以及化妆品等产品中的直接使用。其在环境中的持久性引发了对生态系统、野生动物及人类健康的关注。然而，大多数体外研究聚焦于原始态球形颗粒与短期暴露，环境相关性有限。研究人员对小鼠巨噬细胞暴露于原始态（PSpristine）与人工风化（PSaged）聚苯乙烯（PS）MPP的短期（24 h）与长期（21天）暴露进行了全面多参数分析。PSpristine在短期暴露中基本无毒性，但在重复长期暴露后诱导适应性促炎与抗炎响应，细胞毒性极小。PSaged引发急性氧化应激、降低代谢活性、诱导DNA损伤并引发早期促炎激活，而长期暴露导致显著细胞应激、功能受损及极小的巨噬细胞极化。这些结果表明颗粒老化与暴露时长关键性地塑造巨噬细胞响应，并凸显了使用环境相关、表征充分的MPP进行长期体外研究的必要性。

研究背景方面，塑料产量上升导致微塑料颗粒（MPP，0.1 μm至1 mm片段）在环境中广泛累积。MPP多来自大塑料环境降解（次级微塑料），少量为有意制造（初级微塑料）。环境降解逐步改变颗粒属性，形成不规则形状与修饰表面特性的碎片，与实验室常用的商业原始态球形颗粒差异显著。人体血液、肾脏及肝脏组织已检出MPP，肝脏作为过滤器官经血流与淋巴接收颗粒，其中聚苯乙烯（PS）是代表性模型材料。现有多数体外研究使用原始态球形PS MPP并聚焦24–72 h短期暴露，忽略环境相关老化与长期重复暴露。巨噬细胞是炎症核心介质，可极化为M1（促炎，表面标记CD80）与M2（抗炎，表面标记CD206）表型，氧化应激与血红素氧合酶-1（HO-1）参与调控。人工老化可诱发表面粗糙、O/C比升高、ζ电位与尺寸改变，更贴近真实MPP。目前缺乏长期重复暴露下老化MPP对肝脏驻留巨噬细胞（库普弗细胞）的系统评估。为此，研究人员以小鼠肝驻留巨噬细胞系ImKC为对象，比较原始态（PS_pristine）与人工老化（PS_aged，氙灯加速风化800 h等效自然173天）2 μm PS MPP在短期（24 h）与长期（21天，单次/每周3次/每周5次重复给药）暴露下的多参数响应。

关键技术方法中，研究人员采用ImKC细胞系（Merck SCC119）源于小鼠肝库普弗细胞永生化株，暴露于PS_pristine与PS_aged。颗粒表征用扫描电镜（SEM）、动态光散射（DLS）与ζ电位；细胞-颗粒互作（PCI）经流式细胞术以侧向散射（SSC）分选PCI^-/PCI⁺及低中高亚群；毒性端点含MTT代谢活性、DCFDA流式胞内活性氧（ROS）、碱性彗星试验（COMET）DNA尾强度、ELISA上清IL-2/IL-6/IL-10/TNF-α、流式CD80/CD206免疫表型、qPCR检测IL-2/IL-6/IL-10/TNF-α/HO-1转录（内参GAPDH）。长期实验设未处理对照、第0天单次10 μg/mL、每周3次、每周5次共21天。

研究结果部分，3.1颗粒表征显示PS_aged呈不规则磨损形貌，KCl中流体直径由2.20 μm降至1.82 μm，培养液孵育后进一步缩小并形成蛋白冠；ζ电位在KCl中PS_pristine为-76.7 mV、PS_aged为-71.8 mV，培养液中绝对值下降但仍为负电。3.2粒子-细胞互作表明短期PCI仅浓度依赖，15 μg/mL约17%、150 μg/mL约66%；长期单次暴露第7天后PCI衰减，重复暴露（3×/5×每周）维持高水平PCI⁺（最高72.1%），证实持续互作需重复给药。3.3细胞毒性中，短期PS_pristine无代谢抑制，PS_aged呈浓度依赖下降（IC₅₀≈9.5 μg/mL）；长期PS_pristine代谢暂降后恢复（>80%），PS_aged代谢活性波动降低；ROS在PS_aged短期PCI^high达2.2倍，长期PS_pristine于第14天PCI^high持续升高，PS_aged早期升后期降；COMET显示短期150 μg/mL时PS_aged尾DNA显著高于PS_pristine，长期5×每周PS_aged尾DNA24%vs对照11%。3.4基因表达中，短期PS_aged上调IL-6、TNF-α与HO-1；长期PS_pristine呈时序性IL-2/IL-10/IL-6/TNF-α双向调节伴第21天HO-1中度升，PS_aged则IL-6/TNF-α持续下调、HO-1微弱升。3.5蛋白分泌上，IL-2均低于检测限；短期PS_pristine不分泌细胞因子，PS_aged150 μg/mL促TNF-α释放；长期PS_pristine迟发性TNF-α与IL-10并行（5×每周第21天最高），PS_aged细胞因子输出低下且与代谢降、DNA损并存。3.6极化标记显示短期15 μg/mL PS_pristine升CD206但不伴IL-10一致性变化；长期PS_pristine呈可逆性M1/M2波动，PS_aged极化标志物响应被显著压制。

讨论与结论翻译：颗粒老化与暴露周期关键性塑造巨噬细胞响应。PS_pristine短期近惰性，长期重复暴露引出适应性双相炎症伴极小毒性；PS_aged短期即触发氧化应激、代谢降、DNA损与促炎转录，长期转为应激性功能障碍与炎症转录衰减，非真性低应激而是耐受/功能受损表现。研究强调未来体外毒理须采用环境相关老化MPP与长期重复暴露范式，方能逼近真实暴露情境下肝脏免疫稳态扰动机制。该文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。