聚苯乙烯微塑料的摄取会驱动人主动脉内皮细胞的炎症反应、表转录组变化以及代谢重组

《Environmental Pollution》：Polystyrene microplastic uptake drives Inflammatory, Epitranscriptomic, and Metabolic Reprogramming in Human Aortic Endothelial cells

　　

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  通过巨噬胞饮作用、网格蛋白和caveolin途径，聚苯乙烯微塑料被人体主动脉内皮细胞内化
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  多组学分析揭示了转录组和代谢变化的协调性。
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  微塑料引起表观转录组重塑
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  失调的通路与人类动脉粥样硬化斑块的特征重合。

引言

微塑料已被认定为一种新的环境污染物，对生态系统和人类健康构成日益严重的威胁。这些在环境中普遍存在的塑料颗粒已在人类食物、植物、水和空气中被检测到。它们是环境降解、化学分解或机械磨损的结果¹。微塑料可以通过摄入、吸入和皮肤接触进入人体²，并在人类血液³、粪便⁴、胎盘⁵、肺部⁶、痰液⁷、头发、面部皮肤、手部皮肤⁸中检测到，同时也在人类患者的颈动脉斑块⁹和斑马鱼的心包囊¹⁰中被发现。环境中存在多种类型的微塑料（聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚氧甲基聚乙烯、聚酰胺等）¹¹，其中聚苯乙烯（PS）是最丰富且最常被检测到的塑料颗粒之一^{12, 13, 14, 15, 16, 17}。实验动物模型、细胞系和野生动物物种（包括水生和陆地物种）已报告了微塑料暴露的毒性效应^{18, 19, 20}。如果不加以控制，微塑料问题将持续恶化，导致重大的经济和健康问题。这一事实得到了证实：微塑料对多种人类细胞系（如GES-1细胞¹⁸、Caco-2细胞¹⁹和HEK293²¹）具有细胞毒性，并与卵巢纤维化²²、肺纤维化以及肾脏、肝脏、肠道、大脑和睾丸的组织损伤¹⁹有关。

心血管疾病（CVDs）是全球主要的死亡原因²³。每年约有2050万人死于CVDs，占全球死亡人数的约33％²³。动脉粥样硬化是CVD的一种主要慢性炎症形式，其特征是由于斑块（脂肪物质、胆固醇、细胞废物、钙和纤维蛋白的沉积）在血管内壁堆积导致血管壁增厚^{24, 25}。在动脉粥样硬化的各种风险因素中，环境中的微塑料和新兴的环境污染物最近被认为可能是导致人类动脉粥样硬化性心血管疾病的潜在重要因素。最近的一项前瞻性队列研究显示，人类颈动脉粥样硬化斑块中含有微塑料和纳米塑料，主要是聚乙烯（平均每毫克斑块中含有21.7 ± 24.5微克），并且其存在与发生各种心血管事件（心肌梗死、中风或死亡）的风险增加4.5倍相关，这为微塑料和纳米塑料是心血管事件的风险因素提供了首个临床证据⁹。值得注意的是，研究发现微塑料暴露会导致心肌纤维化和心肌细胞凋亡^{2627, 28。研究表明，微塑料会增加内皮细胞中的过氧亚硝酸盐水平，从而导致氧化损伤29。}

尽管在包括心血管系统在内的多种人体器官中检测到了微塑料，但其在人体内皮细胞中的吸收途径以及转录组和代谢组效应仍不清楚。本研究探讨了聚苯乙烯微塑料（MPLs）在人体主动脉内皮细胞（HAECs）中的吸收和内化机制，并进一步分析了经MPLs处理的HAECs是否在转录组、表观转录组和代谢组水平上重现了动脉粥样硬化的特征。结果表明，HAECs通过网格蛋白介导的内吞作用和巨噬胞饮作用吸收MPLs。MPLs引发了炎症反应，特别是激活了TNF-α和NF-κB信号通路。此外，MPLs处理改变了HAECs的代谢谱，包括与心血管和炎症疾病相关的代谢物。同时，MPLs暴露导致多种RNA修饰异常，表明相关基因的表达发生了变化。将经MPLs处理的HAECs与人类动脉粥样硬化斑块的转录组谱进行比较后发现，多个通路存在共同的失调，尤其是那些参与血管生理调节和细胞信号传导的通路。我们的研究表明，HAECs可以内化MPLs，从而导致转录组、表观转录组和代谢组的失调，这表明MPLs暴露可能对人类健康产生潜在的不良影响。

章节摘录

细胞培养

原代人主动脉内皮细胞（HAECs；ATCC）在添加了10%胎牛血清（FBS）、10 mM L-谷氨酰胺、1%青霉素/链霉素、1 μg/mL氢化可的松和10 ng/mL表皮生长因子的内皮MCDB-131培养基中培养。细胞在设定为37 °C和5% CO₂的培养箱中的Cellstar? Filtered Cap 75 cm²细胞培养用螺旋盖烧瓶中维持。当细胞达到85–95%汇合度时进行传代培养。然后将其转移到Corning? 12

微塑料的特性鉴定

采用了多种技术来确认MPLs的形态、化学结构和荧光特性（图1a-e）。扫描电子显微镜（SEM）分析显示，非荧光的MPLs呈均匀球形，平均直径约为80纳米（图1a）。这些颗粒表面光滑，聚集体微弱，表明在成像条件下具有良好的单分散性和胶体稳定性。

为了观察

讨论

微塑料是普遍存在的环境污染物，对生态系统和人类健康构成威胁，越来越多的证据表明其暴露与心血管疾病风险（如动脉粥样硬化）有关<74, 75>。然而，聚苯乙烯微塑料（MPLs）在人体主动脉内皮细胞（HAECs）中的吸收途径、细胞内共定位及其作用机制仍不明确。因此，我们研究了HAECs如何内化MPLs及其分子

结论

总之，本研究首次证明人体主动脉内皮细胞可以通过多种内吞途径内化聚苯乙烯微塑料，这种吸收伴随着炎症激活、代谢紊乱、RNA修饰异常和转录组失调。我们的结果表明，微塑料暴露可能是动脉粥样硬化的潜在风险因素，因为它会破坏血管内皮的稳态，为理解MPLs如何影响这一过程提供了机制基础

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。

CRediT作者贡献声明

Ho Young Lee：正式分析、数据管理。Gordon Zheng：方法论、正式分析。Zhenquan Jia：写作 – 审稿和编辑、初稿撰写、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论研究、资金争取、正式分析、数据管理、概念构思。Sarah Hudson：方法论研究。Kyla Grant：方法论研究。Norman H L Chiu：方法论研究、正式分析、数据管理。Tariq Khan：

48.; 49.; 50.; 51.; 52.; 53.; 54.; 56.; 57.; 59.; 60.; 61.; 62.; 65.; 67.; 68.; 69..

环境影响

微塑料是普遍存在的环境污染物，越来越多地与不良的人类健康结果相关联，包括增加的心血管风险（如动脉粥样硬化），尽管其具体机制仍不清楚。人体主动脉内皮细胞（HAECs）在调节血管稳态方面起着关键作用，而它们可以内化聚苯乙烯微塑料并通过多种途径与线粒体和溶酶体共定位

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了UNC Greensboro（127313）的研究资助。

Ajmal Khan|Grant Koher|Tariq Khan|Kyla Grant|Sarah Hudson|Gordon Zheng|Ho Young Lee|Warren S. Vidar|Frank Morales-Shnaider|Jinlan Chen|Kwame A. Darfour-Oduro|Ramji Bhandari|Xuewei Zhu|Kerui Wu|Norman Chiu|Zhenquan Jia