聚丙烯微塑料暴露后小鼠的暴露途径依赖性免疫调节与长期肺部滞留

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Route-dependent immune modulation and long-term lung retention after polypropylene microplastic exposure in mice

　　

聚丙烯微塑料（PP MPs）是应用最广泛的合成聚合物之一，是全球微塑料（MP）污染的主要组成部分，然而其免疫学和环境健康效应仍知之甚少。研究人员利用短期气道暴露和体内暴露模型，在明确的剂量范围内评估了原始PP MPs对小鼠免疫反应的影响，旨在评估与危害相关的免疫效应。鼻内给予PP MPs可在初始小鼠中诱导肺部炎症，并进一步增强豚草花粉诱导的过敏性气道炎症，表明PP MPs具有内在炎症活性，同时也能调节正在进行的过敏免疫反应。在绕过上皮屏障后，腹腔内给予PP MPs差异性地调节了抗原特异性免疫反应，导致腹膜白细胞积聚出现过敏原和时机依赖性减少，并改变了抗原特异性细胞因子和抗体反应。这些数据表明，原始PP MPs具有生物活性，其免疫学效应取决于暴露途径、生物区室、过敏原环境和暴露时机。即使是受控剂量下的短期暴露也足以引起可测量的免疫调节，提示重复或累积暴露后可能产生生物学相关效应。这些发现强调了在评估不同暴露途径下微塑料和纳米塑料颗粒危害潜力时，免疫学终点和颗粒持久性的重要性。

论文解读：聚丙烯微塑料的免疫调节与长期肺部滞留

微塑料（microplastics, MPs）污染已成为全球性环境健康议题。聚丙烯（polypropylene, PP）占全球塑料产量的20–25%，年产量超过9000万吨，且是室内空气和灰尘中检出率最高的聚合物之一。已有研究在人体肺组织中检测到PP MPs，提示吸入是该材料的重要暴露途径。然而，既往微塑料免疫毒性研究多集中于聚苯乙烯（polystyrene, PS）微球，对PP的研究相对不足。由于聚合物化学、表面特性、颗粒形态及环境老化均可能影响其生物学效应，PS的研究结果无法直接外推至PP。尽管已有报道显示PP MPs可诱导持续性中性粒细胞肺炎症，但其免疫调节作用是否随暴露途径变化、是否影响过敏及系统性免疫应答，尚不清楚。为此，研究人员利用鼻内（i.n.）和腹腔内（i.p.）互补暴露模型，系统评价了原始PP MPs在小鼠中的免疫效应。

该研究发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》。研究人员使用雌性BALB/c小鼠（6–12周龄，购自Charles River Laboratories Inc.），通过二甲苯溶解-乙醇沉淀法制备PP MPs，采用激光衍射和流式细胞术表征粒径分布、颗粒数量及表面面积，并用F8BT荧光标记颗粒进行长期追踪。鼻内模型采用豚草花粉（ragweed pollen, RWP）诱导过敏性气道炎症，腹腔模型采用卵清蛋白（ovalbumin, OVA）和虾原肌球蛋白（tropomyosin, TPM）免疫。检测手段包括支气管肺泡灌洗（BAL）细胞计数与分类、肺组织H&E和PAS染色、ELISA、多色流式细胞术及共聚焦显微镜。

研究结果如下：

3.1 粒径分布与数量
通过激光衍射分析，PP MPs在给药分散液中形成多分散聚集体，D₁₀、D₅₀、D₉₀分别为3.54、11.06和37.66 μm，平均直径为25.41 μm，范围0.021–516.0 μm；颗粒浓度约为1.9×10⁷个/mg。初级颗粒中约93%小于1 μm，但在水性介质中主要形成微米级聚集体，纳米级颗粒比例很低。

3.2 单次鼻内暴露后荧光标记PP的追踪
单次鼻内给予0.57×10⁶个F8BT标记PP MPs后，于24 h、72 h、第7天、第14天和第229天收集BAL和肺组织。流式细胞术显示，BAL和肺细胞悬液中荧光信号持续至第14天；第229天时BAL中信号消失，但所有三只小鼠的肺细胞悬液中仍可检测到荧光颗粒。共聚焦显微镜证实第14天和230天肺内存在与巨噬细胞样结构相关的荧光颗粒，表明部分PP MPs在肺组织内滞留超过七个月。

3.3 鼻内暴露与RWP诱导的过敏性气道炎症
单独鼻内给予PP MPs即可显著增加BAL中总炎症细胞和巨噬细胞（270 μg剂量组总细胞和巨噬细胞分别升高约2.5倍和2.6倍）；高剂量还诱导嗜酸性粒细胞和淋巴细胞增多。在RWP过敏模型中，PP MPs与RWP共暴露进一步增加BAL总炎症细胞及巨噬细胞、嗜酸性粒细胞等，其中90 μg剂量组增强效应最显著。组织病理学显示血管周围和细支气管周围炎症浸润加重，但PAS染色未发现PP MPs增加黏液分泌或杯状细胞化生。

3.4 RWP特异性体液抗体反应
ELISA检测显示，单独PP MPs不诱导RWP特异性抗体。与RWP共暴露时，90 μg剂量显著增强RWP特异性IgG1应答，而各剂量组RWP特异性IgG2a均无显著变化。

3.5 腹腔给予PP MPs和过敏原后的腹膜炎症
在无过敏原条件下，腹腔注射PP MPs显著降低腹膜总白细胞数，但增加中性粒细胞比例。在OVA模型中，PP MPs的影响具有时间依赖性：同时给予时中性粒细胞增加；过敏原后30分钟给予时总白细胞减少；过敏原前30分钟给予时总白细胞和嗜酸性粒细胞减少。在TPM模型中，无论给药时机，PP MPs均显著降低腹膜总白细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和淋巴细胞数量。流式分析进一步证实CD45⁺白细胞比例下降。

3.6 体外二次抗原特异性脾细胞回忆反应
在OVA模型中，不同时机给予PP MPs未显著改变脾细胞OVA特异性细胞因子（IL-2、IL-4、IL-5、IL-13、IFNγ）分泌。在TPM模型中，TPM后给予PP MPs增加IL-2和IL-13分泌，同时给予增加IL-5、IL-13和IFNγ分泌，表明颗粒暴露时机可影响特定抗原的Th1/Th2型细胞因子格局。

3.7 过敏原特异性抗体反应
在OVA模型中，PP MPs在过敏原前或后给予可增强OVA特异性IgG1，过敏原前给予还可增强IgG2a。在TPM模型中，无论颗粒在过敏原前、后或同时给予，均显著增强TPM特异性IgG1和IgG2a应答。

讨论与结论：研究人员指出，PP MPs并非免疫惰性物质，其免疫调节效应高度依赖于暴露途径、组织区室、过敏原性质及暴露时机。单次鼻内暴露后超过七个月的肺内滞留提示持久性生物累积风险；而腹腔模型中白细胞募集减少与中性粒细胞相对保留的分离现象，则说明不同免疫环境对颗粒的响应模式存在差异。与既往PET MPs研究相比，PP MPs的免疫毒性不能简单地按聚合物类别外推，每种聚合物应被视为独立的测试材料。该研究提出将颗粒持久性、详细表征和免疫学终点纳入微塑料危害识别框架，为建立机制驱动的颗粒安全评价提供了实验基础。