英文原题：Aging processes dramatically alter the protein corona constitution, cellular internalization and cytotoxicity of polystyrene nanoplastics
通讯作者：Yang Song, State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, 18 Shuangqing Rd, Haidian District, Beijing, 100085, China
作者：Jing Wen, Hang Sun, Zixuan Liu, Xiangyu Zhu, Erqun Song, Yang Song*
摘要
成果简介
塑料制品的广泛应用导致塑料垃圾泛滥，暴露在环境中的塑料不断降解形成纳米塑料(nanoplastics, NPs)，同时发生一系列物理化学变化，这一过程被称之为“老化”。在日常生活中，人类通过不同途径的接触纳米塑料，由于其小尺寸效应，纳米塑料容易进入血液，与血浆蛋白相互作用。尽管目前已有许多关于纳米塑料毒性的报道，但人们对老化NPs与原始NPs间表面蛋白质吸附作用的差异以及细胞毒性效应差异的研究还较为缺乏。本研究选用聚苯乙烯纳米塑料（polystyrene nanoplastics，PS NPs）作为纳米塑料颗粒模型，用紫外照射（UV）和臭氧（O3）处理的方式模拟环境中纳米塑料颗粒的老化，发现老化可以改变PS NPs的粒径、电位等物理化学性质，同时在PS NPs表面引入大量含氧基团，进而导致其表面血浆蛋白吸附模式发生改变。相比原始PS NPs, 老化PS NPs表面去调理素蛋白与调理素蛋白的相对百分比增加，从而减少了RAW 264.7细胞对材料的摄取，降低了其细胞毒性。本研究的发现进一步丰富了人们对现实场景中NPs毒性的理解。
引言
塑料的低成本与耐用性使其被广泛应用于电气、化工等各个领域，而塑料的生产和消费也造成了严重的污染。废弃的塑料受到物理、化学、生物降解，部分变成微塑料，甚至纳米塑料，同时经历“老化”过程。近来已有研究在人体血液中发现了NPs, 进入血液的NPs会迅速吸附蛋白质，形成蛋白冠。老化过程会显著影响NPs的理化性质，进而影响它们的细胞毒性，然而关于“老化”如何改变NPs的生物学效应尚不明确。本研究探究了老化作用对PS NPs表面蛋白质吸附的影响和表面蛋白冠改变对于原始和老化PS NPs的细胞摄取和细胞毒性的影响，为认识老化微纳米塑料的毒性作用提供了参考。
图文介绍
图1 (A)老化前后PS NPs的SEM图像,(B) XPS定量分析NPs的含碳官能团含量和表面氧元素含量
SEM结果显示原始PS NPs呈规则球形，表面光滑，经过UV或O3处理后，NPs表面出现了褶皱和细小碎片（图1A），表明老化处理可以引起材料的表面形貌的改变，并最终可能脆化成小颗粒。XPS对老化前后PS NPs的表面氧化程度进行进一步探究发现，原始PS NPs表面氧/碳元素比例为10.78%，而UV和O3老化后PS NPs表面氧/碳元素比例分别增加到了14.01%和16.05%，同时，老化后的PS NPs表面羟基、羰基、羧基等含氧基团的含量也有不同程度的增加，表明老化处理可以引起PS NPs表面理化性质的改变（图1B）。
图2 蛋白质组学测定血浆蛋白的不同吸附模式。图中列出了几种变化最明显的具有代表性的调理素蛋白和去调理素蛋白。Fg,纤维蛋白原；Apo,载脂蛋白。
为了进一步研究老化对PS NPs生物学效应的影响，本研究选用PS NPs与小鼠血浆体外孵育，模拟材料进入小鼠血液后接触血浆蛋白的过程，得到有蛋白冠包覆的NPs（PS@MP, PS-UV@MP, PS-O3@MP）。用蛋白质组学对老化前后PS NPs表面形成的血浆蛋白冠进行分析，再根据每种蛋白在循环系统中的生物功能进行分类，包括调理素，去调理素和其他蛋白。结果表明，原始PS NPs表面Fg α, Fgβ, Fgγ等调理素蛋白占77.43%，去调理素蛋白仅占3.50%，而UV和O3老化后材料表面调理素蛋白比例分别减少到了60.94%和60.72%，去调理素蛋白比例相对增加（图2）。
图3 老化前后PS NPs的细胞摄取与细胞毒性。150 μg/mL NPs给药24 h后(A)RAW264.7细胞对材料的摄取，(B) RAW264.7细胞的存活率，(C) RAW264.7细胞的相对PI荧光强度和(D)细胞培养上清液中LDH的相对释放量。
调理素蛋白与去调理素蛋白在巨噬细胞对材料的摄取中至关重要，因此，本研究测定了老化对细胞摄取和毒性的影响。流式细胞仪分析表明，暴露24 h后，原始和老化的PS NPs均被摄取到RAW264.7细胞中，与原始PS NPs相比，两种老化NPs的摄取都有所下降（图3A）。此外，两种老化后的PS NPs的细胞毒性降低，而蛋白冠的形成则进一步的降低了其引起的细胞毒性（图3B-D）。
讨论/小结
本研究的结果显示原始和老化PS NPs之间存在显著差异。老化过程增加了PS NPs表面含氧官能团的含量，导致血浆蛋白吸附差异，进而改变其细胞摄取和毒性。这为正确认识老化微纳米塑料的毒性作用提供了新的思路。
相关论文发表在Environ. Sci. Technol. Letters上，温静为文章的第一作者，宋杨教授为通讯作者。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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