光老化聚苯乙烯纳米粒子与六价铬联合暴露对斑马鱼神经毒性的加剧作用：从行为到转录组的综合研究

《Journal of Environmental Sciences》：Aggravated neurotoxicity of combined exposure to photoaged PS-NPs and Cr(VI) in zebrafish: A comprehensive study from behavior to transcriptome

　　**摘要亮点**- 低剂量Cr与PS-NPs共同暴露诱导斑马鱼行为异常。- 低剂量Cr与PS-NPs共同暴露下，氧化损伤显著增强。- 观察到脑损伤和神经递质失衡现象。- 与神经递质调控相关的通路显著富集。## 引言预计到2040年，全球排入水生系统的塑料废物将增至2900万吨（Lau等，2020）。源自塑料降解的塑料纳米颗粒（NPs）已在水环境中被广泛检出，包括河流、湖泊和海洋（Jani等，2025；Feng等，2025）。其超细粒径和高比表面积使其能够穿越生物屏障，从而增强生物利用度并对水生生物构成显著的毒理学风险（Trevisan等，2022；Helal等，2024；Wang等，2025）。NPs还可作为重金属载体，通过共同暴露加剧毒性效应（Chu等，2025）。铬（Cr）是一种源自工业排放的普遍重金属，广泛存在于水生态系统中（Bakshi和Panigrahi，2018）。其六价形式（Cr(VI)）具有强氧化性和潜在致癌风险（Meaza等，2024；Ma等，2025）。研究表明，Cr(VI)可被鱼类摄入，并在鱼类组织中引发炎症反应、细胞毒性和遗传毒性（Zhao等，2022）。因此，迫切需要扩展我们对NPs和Cr(VI)在水生生物中毒性的认识。NPs和重金属在水环境中共存已被证实会导致复杂的相互作用，其共同暴露对水生生物的影响比单一暴露更为严重（Xie等，2025）。例如，PS-NPs增强了砷在斑马鱼肝脏、肠道和鳃中的积累及氧化应激（Li等，2025），并与Au3?联合作用时增加了死亡率和畸形率（Lee等，2019）。此外，NPs与Cd(VI)的共同暴露导致水生生物生长抑制、氧化损伤以及重要器官的组织损伤（Chen等，2023）。值得注意的是，NPs在水环境中的光老化会改变其粒径、表面形貌和含氧官能团（Koelmans等，2016），进一步增强其与重金属相互作用和转运的能力，从而加剧生态毒理学影响（Junaid等，2024）。尽管已有这些发现，但光老化NPs与Cr(VI)的共同暴露是否会增加水生生物的毒性仍不清楚，其潜在效应需要进一步探索。NPs和重金属的共同暴露会在水生生物中诱发多方面的毒性，包括线粒体功能障碍（Rong等，2024）、免疫激活增强以及代谢紊乱（Qin等，2021）。此外，NPs和重金属的共同暴露还会导致水生生物神经毒性，不仅损害神经系统功能，还会危及机体健康和生存（Oger等，2025）。斑马鱼的神经系统调节多种生理功能，从感觉感知到运动和认知行为（Mu等，2023）。研究发现，NPs和铜（Cu）的共同暴露导致斑马鱼游泳行为异常和大脑形态变化（Santos等，2022b），而NPs和砷（As）的共同暴露则下调了斑马鱼关键5-羟色胺合成酶基因（*tph1a*和*tph2*）的表达，从而损害5-羟色胺能神经调节（Zhang等，2024a）。尽管已有这些发现，NPs和Cr(VI)共同暴露诱导的神经毒性效应及其潜在机制仍知之甚少。扩展对NPs和Cr(VI)在水生生物中神经毒性的认识刻不容缓，以更好地评估这些共同存在污染物的生态风险。本研究旨在探讨光老化PS-NPs与Cr(VI)共同暴露对成年斑马鱼的神经毒性效应及机制。为此，我们进行了综合分析：（1）通过运动能力评估共同暴露下的行为变化；（2）评估斑马鱼体内抗氧化酶含量和氧化损伤程度；（3）通过测量神经递质含量和转录组分析阐明神经毒性的分子机制。本研究有助于更好地理解NPs和Cr(VI)对斑马鱼的神经毒性，为暴露于塑料颗粒和重金属的生态系统及人类提供潜在风险参考。## 章节摘要### PS-NPs的光老化和表征本研究使用的PS-NPs购自天津贝斯勒色谱技术开发中心（中国天津）。样品用Milli-Q水稀释至2.5 mg/mL，随后转入石英瓶中，在25°C条件下持续暴露于紫外光（365 nm，315 μW/cm2）下30天以诱导光老化。此后，利用扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）和傅里叶……对PS-NPs的理化性质进行表征。### NPs与Cr(VI)共同暴露引起的运动行为变化评估运动活性是评价斑马鱼神经毒性效应的重要指标（Teixeira等，2025）。用于研究行为变化的实验装置如图1a所示。PS 0.05组（94.43 ± 21.25）和L组（92.80 ± 17.85）的斑马鱼总跨界次数显著低于对照组（152.72 ± 4.85）（*p* < 0.05，图1b）。此外，不同处理组的斑马鱼表现出不同的偏好倾向……### 结论综上所述，我们的结果表明，0.6 mg/L Cr(VI)与0.05 mg/L PS-NPs的共同暴露加剧了斑马鱼的神经毒性。与单一暴露相比，低浓度共同暴露导致运动能力下降，并对斑马鱼造成更严重的氧化损伤。此外，神经递质水平显著降低，脑组织出现结构性损伤。转录组分析揭示过氧化物酶体、PPAR等关键通路的……### 数据可用性数据可在要求下提供。### 未引用参考文献Jiang等，2016，Meaza等。### CRediT作者贡献声明**丁子涵：** 撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，正式分析，数据整理，概念构思。**高博文：** 撰写–初稿，可视化，方法论，数据整理。**易美玲：** 撰写–审阅与编辑，正式分析。**徐双：** 撰写–审阅与编辑，调查研究。**徐乔：** 。**马军伟：** 撰写–审阅与编辑，监督。**李洋：** 撰写–审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。