郑春苗课题组研究发现纳米尺度的塑料会导致人体肝细胞和肺细胞损伤

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近日，南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授郑春苗课题组联合香港浸会大学讲席教授蔡宗苇团队，在环境科学领域著名期刊Environmental Science & Technology 发表了题为“纳米塑料导致人体肝细胞和肺细胞损伤”（Metabolomics Reveal Nanoplastic-Induced Mitochondrial Damage in Human Liver and Lung Cells）的研究论文。该研究揭示了纳米尺度的塑料能够穿过细胞膜进入人体肝细胞和肺细胞内部，并造成线粒体功能障碍和代谢紊乱。
        人类日常生活中使用的个人护理品中含有大量的纳米级塑料制品（NPs, <0.1 μm），例如含微珠的洗发水和磨砂膏等，这些NPs可以通过城镇污水系统释放进入环境，对环境介质造成污染。此外，人类活动向环境中释放的大量含塑料类制品，经光照、物理及生物降解等过程同样会释放出纳米塑料碎片。这些环境中的NPs可以通过呼吸或经口摄入等方式进入人体，对人类造成暴露风险。直径小于100纳米的NPs是最吸引研究团队关注的一类制品，研究表明这类NPs能够轻易穿过消化道或者呼吸道屏障进入淋巴和血液循环，并在各种组织和器官中积累，最终对靶器官造成潜在的健康影响。然而，截至到这项研究开展前，直径小于100纳米尺度的NPs对靶器官的毒性影响及相关致毒机制并不十分清楚。

        研究表明，NPs暴露与动物的一些炎症相关毒性存在关联，且体外细胞实验发现NPs进入细胞后，能够影响溶酶体细胞器相关的代谢功能，这暗示了线粒体可能是NPs攻击的靶点。因为线粒体是细胞内最重要的代谢细胞器，正是线粒体和溶酶体的相互调节协作，保障了细胞内正常代谢功能的发挥。因此，研究团队选择最容易受到NPs暴露影响的人正常肺部细胞（BEAS-2B）和肝脏细胞（L02）为研究对象，以80nm尺度的NPs为目标物质，聚焦到对线粒体的毒性效应及相关下游的代谢功能影响。

图1:人正常肝脏细胞（L02）和肺部细胞（BEAS-2B）在不同浓度下对NPs的吸收以及细胞活性：荧光NPs（A, C）和非荧光NPs的内吞效应（B, D）。

       研究结果发现，NPs能够穿过细胞膜进入细胞内部，虽然不会造成细胞的死亡，但会造成线粒体功能损伤，这些损伤包括线粒体活性氧升高、膜电位和线粒体呼吸抑制，特别是肝细胞在有环境报道的浓度下观察到这些相关效应。团队进一步利用高分辨质谱非靶向代谢组学的技术，发现与线粒体相关的通路在NPs暴露后改变最为显著，这进一步印证了线粒体是NPs暴露敏感靶点的科学假说。肝脏是人体最主要的代谢器官，而线粒体是细胞中最重要的代谢功能细胞器。这项细胞水平上的研究为理解新污染物NPs暴露对人体健康，尤其是代谢功能的影响提供了全新的视野，也为进一步开展NPs的健康风险评估提供了科学依据。

图2:NPs暴露影响人正常肝细胞（L02）和肺细胞（BEAS-2B）线粒体相关的代谢通路（A）和内源性生物标志物的相对变化（B,C）。

        南方科技大学与香港浸会大学联合培养博士研究生林思怡为本文第一作者，郑春苗与蔡宗苇为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委员会和香港优配研究基金(General Research Fund)的资助。同时，国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室和广东省土壤及地下水污染防控与修复重点实验室提供了实验平台支持。
        论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.2c03980
        文章来源：南方科技大学
        郑春苗，美国威斯康星（麦德逊）大学博士、美国地球物理联合会 (AGU) 会士、美国地质学会 (GSA) 会士、国家自然科学基金委海外青年合作基金 (海外杰青) 获得者 (2006)。现任南方科技大学环境学院讲席教授、深圳可持续发展研究院院长，东方理工高等研究院讲席教授、副院长。曾任南方科技大学环境学院创院院长、校长办公会成员 (国际事务)，北京大学讲席教授、水科学研究中心首任主任，美国阿拉巴马大学地质科学系助理教授至George Lindahl冠名讲席教授。发表了专著6部，包括Applied Contaminant Transport Modeling，以及SCI论文360余篇，Google Scholar 被引总数1.7万余次，研究涉及地下水污染机理与修复技术、流域生态水文过程、以及新型污染物生态环境健康风险等。开发了地下水污染模拟标准软件MT3D和MT3DMS，在100多个国家得到广泛使用。目前担任国际期刊Sustainable Horizons共同主编，曾任5份国际水资源领域权威刊物 (包括Water Resources Research) 副主编、美国国家研究理事会 (National Research Council) 水文科学核心小组成员、国际水文科协 (IAHS) 国际地下水委员会主席。学术兼职包括国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室主任、国家自然科学基金委重大研究计划“西南河流源区径流变化和适应性利用”专家指导组副组长、国家自然科学基金委环境地球科学学科咨询专家组成员。学术荣誉包括美国地下水协会John Hem杰出贡献奖 (1998)、美国地质学会Birdsall-Dreiss杰出讲席奖 (2009)、美国地质学会O.E. Meinzer奖 (国际水文地质界最高荣誉) (2013)、美国地下水协会M. King Hubbert奖 (该协会最高科学奖) (2013)。入选斯坦福大学发布的“全球前2%顶尖科学家”榜单和爱思唯尔发布的“中国高被引学者”榜单。