消化微环境中的双向交互作用：纳米塑料介导的酶损伤调控双酚类似物的解吸

《Journal of Hazardous Materials》：Bidirectional Interplay in the Digestive Microenvironment: Nanoplastics-Mediated Enzyme Impairment Modulates Bisphenol Analog Desorption

　　摘要要点：- 累积BPs释放量与NPl疏水性呈负相关。- 老化改变了NPl的表面性质，影响BPs的消化归宿。- 消化酶通过竞争性吸附和增强溶解作用主动介导BPs的脱附。- 负载BPs的NPl引起胃蛋白酶结构扰动和活性抑制。- 负载BPs的NPl与消化酶之间的双向相互作用调控BPs的脱附。引言由于双酚A（BPA）的内分泌干扰特性受到监管限制，结构更复杂、疏水性越来越强的类似物已得到广泛的商业应用[1]、[2]。这些双酚类似物（BPs）被广泛用作塑料添加剂，用于塑料的生产，包括罐头内衬、水瓶、奶瓶和安抚奶嘴等食品级产品[3]、[4]。先前的研究表明，食品级塑料产品的典型使用场景，如奶瓶的高温消毒、食品罐头的微波加热或瓶装水的剧烈摇晃，都能显著加速塑料的老化和降解[5]、[6]、[7]、[8]，从而导致纳米塑料（NPl）的产生和BPs的释放[9]、[10]、[11]。随后，释放的BPs可以重新吸附在环境中的或共生的NPl上，形成稳定的负载BPs的NPl复合物，这已在多种食品基质中得到证实[12]、[13]。在这些替代物中，BPB、BPF和BPAF表现出更高的疏水性和对塑料表面更强的亲和力，增加了与NPl共暴露的可能性[14]。研究表明，消化道是介导复杂生物相互作用的关键界面，其特点是极端的pH梯度、高离子强度和多样化的酶类[15]。关键在于，主要的消化酶包括α-淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶，它们不仅作为生物催化剂，还作为表面活性剂，在纳米颗粒上形成蛋白质冠[16]。这种蛋白质冠的形成改变了颗粒的胶体稳定性、聚集状态和界面性质，从而调节所负载污染物的释放动力学，并最终影响其生物可利用性[17]、[18]、[19]。此外，新兴证据表明NPl与消化酶之间存在直接相互作用，导致构象变化甚至酶活性的改变。例如，已观察到聚苯乙烯（PS）NPl引起消化酶的静态荧光猝灭并触发二级结构重排[20]。作为代谢稳态的关键调节者，经历此类活性扰动的消化酶不仅可能触发连锁的生理紊乱，还可能反过来改变其自身促进污染物脱附的能力[21]、[22]、[23]。Wu等人报告称，大多数BPs的IC50值随疏水性增加而降低，表明疏水性更强的类似物具有增强的生物活性和潜在的内分泌干扰能力[24]。因此，当NPl负载不同疏水程度疏水性BPs时，所形成的复合物可能进一步扰动消化酶的结构和功能，这可能会影响BPs的消化归宿。目前关于负载BPs的NPl在消化道中的行为研究，主要关注BPs的单向脱附，而很大程度上忽视了消化界面发生的相互交互作用[24]、[25]。特别是，负载BPs的NPl与消化酶之间的结构和功能相互作用仍知之甚少，这可能导致对其潜在消化影响的不完整理解。因此，阐明这些酶介导的双向相互作用，对于加深我们对塑料相关污染物膳食暴露风险的理解具有重要意义。章节片段化学品与材料PS NPl（100 nm）和BPs（BPA、BPB、BPF、BPAF）分别购自中科雷明和麦克林。BPs储备液（100 mg/L）用HPLC级甲醇（Fisher Scientific）配制，并于4°C避光保存。工作液用去离子水稀释，保持最终甲醇浓度< 0.22%（v/v）以排除助溶剂效应。含酶和无酶的模拟消化液覆盖口腔、胃和肠道阶段，购自……老化PS NPl的表征及其与BPs的界面相互作用老化过程深刻地重塑了NPl的界面物理化学性质，从而调节其作为BPs载体的潜力。所选择的100 nm粒径代表了在食物和饮用水中检测到的NPl常见的人类暴露场景。此外，该尺寸与先前的体外消化研究一致，并有助于在模拟生物条件下保持稳定分散，使其成为研究载体的合适模型……结论本研究通过考察负载BPs的NPl的脱附行为及其与消化酶的相互作用，系统地阐明了其消化归宿。结果表明，负载BPs的NPl的累积释放顺序为BPF > BPA > BPB > BPAF，与其疏水性呈负相关。脱附动力学进一步揭示，消化酶通过竞争性吸附和增强溶解作用促进NPl上BPs的脱附。同时……环境意义源自食品级塑料的纳米塑料不仅是影响双酚类似物（BPs）在消化过程中消化归宿的载体，还加剧了消化酶功能的损害。双酚类似物脱附与酶抑制之间的双向相互作用，凸显了在理解污染物行为时考虑纳米塑料、塑料添加剂和生物界面之间相互作用的重要性。老化……观察到的效应更为显著CRediT作者贡献声明Peili Huang：撰写——审阅与编辑，指导，资源，项目管理，资金获取，构思。Xiaodan Zhang：构思。Jin Cai：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，形式化分析，构思。Shuqin Jiang：数据整理。Aobo Geng：数据整理。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些情况可能已经影响本报告所载的工作。致谢本工作由中国国家自然科学基金（编号82173569）资助。利益冲突作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些情况可能已经影响本报告所载的工作。作者：Jin Cai | Xiaodan Zhang | Aobo Geng | Shuqin Jiang | Peili Huang