老化聚苯乙烯纳米塑料与双酚 A 联合暴露损害幼体中华鲎（Tachypleus tridentatus）的线粒体呼吸

《Marine Pollution Bulletin》：Aged polystyrene nanoplastics and bisphenol A co-exposure impair mitochondrial respiration in juvenile horseshoe crab Tachypleus tridentatus

　　

• •
  老化纳米塑料将 BPA 毒性从膜损伤转变为线粒体衰竭。
• •
  老化后表面氧化程度增加 12.8 倍，导致 zeta 电位发生 8.9 倍偏移。
• •
  毒性层级随时间逆转：在第 21 天联合暴露占主导地位。
• •
  老化纳米塑料对濒危鲎的威胁大于原始纳米塑料。

引言

塑料污染，特别是微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs），已成为全球主要的环保挑战。在超过 1300 个物种中以及人类的血液、肺部和胎盘中都检测到了 NPs，预计到 2040 年环境浓度将翻倍（Thompson et al., 2024）。进入海洋环境后，NPs 会经历渐进的理化风化，这一过程统称为“老化”，包括光氧化、机械磨损和微生物降解（Zhang et al., 2024）。这些风化途径在颗粒表面引入含氧官能团，特别是羰基、羧基和羟基，同时增加表面粗糙度并推动 zeta 电位向强负值方向变化。因此，这些改变从根本上改变了颗粒的聚集动力学、胶体稳定性以及对共存在污染物的吸附能力（Luo et al., 2023; Ren et al., 2021）。关键在于，尽管环境中超过 90% 的塑料处于风化状态，但迄今为止绝大多数生态毒理学研究仍继续使用原始的商业来源颗粒。只有约 10% 的已发表效应研究评估了老化 MPs，而仅有 12 项研究调查了老化 NPs（Alimi et al., 2022）。实验室暴露场景与水生生物实际接触的风化颗粒之间存在这种系统性的脱节，代表了 NP 风险评估中一个关键的毒理学知识空白。

针对这一差异，提出了“原始–老化–环境”证据连续框架（Gouda et al., 2025）。此外，NPs 可能通过作为病原体和新兴污染物的载体造成间接生态危害，表面相关污染物浓度达到体水中浓度的 100 到 5000 倍，并干扰生物地球化学循环（Liu et al., 2025c）。

NPs 在环境中的一个显著特征是其“特洛伊木马”效应，指的是它们吸附疏水性有机污染物并共运输它们穿过生物屏障进行细胞内释放的能力（Sun et al., 2023）。双酚 A（BPA）是一种用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂的高产量单体，是沿海水域中典型的共存在污染物。中国沿海水域的监测研究表明 BPA 浓度范围为 11 至 777 ng L^?1，检测频率接近 100%（Lu et al., 2020; Xie et al., 2022）。由于 BPA 具有适中的疏水性，由辛醇 - 水分配系数 log Kow 约为 3.3 表示 ((Kang et al., 2007))，其在塑料表面的热力学分配非常有利。同时，原始 NPs 和 BPA 的联合暴露已被证明在体外和体内模型中产生的毒性大于单一胁迫因子（Cortés-Arriagada, 2021）。重要的是，老化过程已被证明能显著增强 MPs 和 NPs 对重金属（如 Pb²⁺、Cd²⁺ 和 Cu²⁺）以及有机污染物（包括四环素和 PAHs）的吸附能力，这是通过增加比表面积和掺入含氧官能团实现的（Luo et al., 2023; Ren et al., 2021）；Li et al. (2024) 通过实验证实 UV-B 老化改变了聚苯乙烯 MPs/NPs（PS-NPs）的表面性质并增强了 BDE-47 的吸附和联合毒性（Li et al., 2024）。然而，老化诱导的表面氧化是否增强 NPs 对 BPA 的吸附能力，特别是通过这些新形成的含氧表面基团与 BPA 的酚羟基之间的氢键，从而改变联合暴露的毒理学结果，仍未得到探索。我们假设，带有更高密度含氧官能团的老化 NPs 可能不仅会改变，而且会通过改变的毒代动力学显著增强特洛伊木马效应。

中华鲎（Tachypleus tridentatus）被列入 IUCN 红色名录濒危物种（Laurie et al., 2019），栖息于潮间带和浅亚潮带，这些栖息地受到沿海城市化和集约化水产养殖带来的大量塑料污染输入（John et al., 2018）。作为幼体阶段的底栖沉积物食性动物，T. tridentatus 直接暴露于沉积物结合的 NPs 及其吸附的污染物，使其既是一个生态相关的哨兵物种，也是一个保护优先物种（Wada et al., 2016）。该物种对塑料颗粒的毒理学敏感性近年来开始得到阐明。例如，高密度微塑料已被证明在 100 天的暴露期内损害生长和行为（Fang et al., 2023）。此外，PS-NPs 联合抗生素诺氟沙星已被报道在 7 到 21 天内诱导氧化应激和肠道菌群失调（Huang et al., 2024），而 NPs 和铜的联合暴露显著破坏蜕壳相关基因和肠道微生物群落结构（Pan et al., 2023）。此外，通过转录组和表型评估揭示，NPs 对行为、能量代谢和外骨骼发育产生不利影响（Jiang et al., 2025a; Jiang et al., 2026; Jiang et al., 2025b）。这些开创性研究共同确立了这种濒危物种对塑料相关胁迫因子的脆弱性。然而，尚未有研究调查老化 NPs 与 BPA 结合的毒理学效应，而 BPA 是该物种栖息地中普遍存在的污染物。这代表了在环境现实条件下评估塑料污染生态风险的一个关键知识空白。

在此，我们通过研究 PS-NPs 的环境老化是否重塑其与 BPA 在幼体 T. tridentatus 中的联合毒性来解决这一知识空白。我们提出，老化诱导的表面氧化可能改变 NP 污染物相互作用，从而改变污染物生物利用度、颗粒细胞相互作用和下游毒效动力学途径（Luo et al., 2023; Ren et al., 2021; Sun et al., 2023）。具体而言，我们假设老化 PS-NPs 不仅加剧 BPA 相关的毒性，而且将主要的毒理学结果转向线粒体功能障碍和呼吸链损伤，这符合风化塑料相对于原始代理物表现出不同危害概况的 broader 预期（Alimi et al., 2022; Gouda et al., 2025）。通过区分原始和老化 NPs 在联合暴露场景下的影响，本研究为将环境风化颗粒纳入混合物风险评估框架提供了机制支持，并加强了对环境现实生态毒理学的原始老化环境证据连续框架的提议。

章节片段

化学品和纳米塑料制备

PS-NPs（直径 100 nm，2.5% w/v 悬浮液）购自天津君一佳科技有限公司（中国天津）。BPA（CAS 80–05-7，纯度 ≥99%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司（中国上海）。BPA 储备液（10 mg mL^?1）用二甲基亚砜（DMSO）配制，并在 4 °C 黑暗处保存。所有暴露溶液，包括对照处理组，最终 DMSO 浓度为 0.001%（v/v），此前报道该浓度具有

纳米颗粒表征

纳米颗粒表征表明原始和老化 PS-NPs 之间存在明显的理化差异。SEM 成像揭示了原始和老化 PS-NPs 之间显著形态差异（图 1）。原始 NPs 在所有放大倍数（×10,000–×400,000）下均表现出光滑、球形的表面和清晰的边缘。相比之下，老化 NPs 表现出表面粗糙化、不规则的颗粒边界以及表面裂纹和凹坑的出现，这些特征特别

依赖于老化的表面化学驱动纳米塑料毒性分歧

本研究提供了第一项系统性证据，表明 PS-NPs 的环境老化不仅增强了它们对海洋无脊椎动物的与 BPA 的联合毒性，而且从根本上改变了其潜在的作用模式。通过采用涵盖纳米颗粒表面化学、线粒体功能、膜完整性、呼吸链活性和氧化应激的多层次生物标志物集成方法，我们揭示了老化 NPs 产生的毒性概况在质上截然不同

结论

本研究系统比较了原始和老化 PS-NPs，单独及与 BPA 结合时，对幼体中华鲎（T. tridentatus）的多层次毒性。紫外老化显著改变了 PS-NPs 的表面化学，从而增强了它们的单独毒性和与 BPA 的联合毒性。关键的是，老化 NPs 和 BPA 的联合暴露产生的毒性概况在质上不同于原始 NPs + BPA 组，主要的模式为

CRediT 作者贡献声明

Kangping Jiao: 写作 – 原稿，可视化，调查，数据管理。Youji Wang: 写作 – 审查与编辑，监督，概念化。Yuntian Shi: 方法论，调查。Moslem Sharifinia: 写作 – 审查与编辑，调查。Nisha Singh: 写作 – 审查与编辑，调查。Khor Waiho: 调查。Hanafiah Fazhan: 调查。Jae-Seong Lee: 写作 – 审查与编辑。James Kar-Hei Fang: 写作 – 审查与编辑。Kit Yue Kwan: 调查。

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会被认为影响了本论文报告的工作。

致谢

本研究得到了"“十四五”国家重点研发计划" "海洋农业与淡水渔业科技创新"重点专项 (2024YFD2402203)、上海市教育委员会 创新计划 (2023ZKZD52)、上海市自然科学基金（根据 2024 上海科技创新行动计划） (24320741100) 以及上海市科学技术委员会

Kangping Jiao|Youji Wang|Yuntian Shi|Moslem Sharifinia|Nisha Singh|Khor Waiho|Hanafiah Fazhan|Jae-Seong Lee|James Kar-Hei Fang|Kit Yue Kwan|Marta Sendra|Menghong Hu