老化纳米塑料通过甲状腺素途径加剧斑马鱼中由碳酸氢盐肾病（CPPD）引起的眼部毒性

《Aquatic Toxicology》：Aged Nanoplastics Exacerbate CPPD-Induced Ocular Toxicity via the Thyroxine Pathway in Zebrafish

协同毒性效应研究揭示自然老化纳米塑料（PS-UV/O?）与抗氧化剂CPPD共同暴露导致斑马鱼胚胎发育抑制和视觉系统异常，机制涉及氧化应激加剧的甲状腺轴干扰（PTU缓解）及视蛋白代谢通路失调（opn1sw1/CYP26A1）。

　　

李瑾|郑毅|尹玉英|高文达|唐凡|赵新琳|辛琦|刘瑞怡|熊佳琪|林健|孙达|陈江飞

温州医科大学公共卫生学院，中国温州，325035

摘要

自然老化的纳米塑料（NPs）与抗氧化剂N-环己基-N'-苯基-p-苯二胺（CPPD）在水生环境中的共存对生态系统构成了综合风险。本研究评估了CPPD单独作用以及与两种老化聚苯乙烯纳米塑料（PS）（包括紫外线辐照的PS-UV和臭氧处理的PS-O?）共同作用时对斑马鱼胚胎的发育和眼部毒性。结果表明，老化PS的存在显著加剧了CPPD诱导的发育毒性，表现为自发性运动、触觉反应和心率的协同抑制，同时畸形率也增加。值得注意的是，共同暴露还加重了幼体眼部异常和视觉行为缺陷（光敏感性和趋光性），并伴随眼部区域的细胞死亡和炎症加剧。PS-O?与CPPD的联合毒性比PS-UV更强。机制研究表明，甲状腺通路抑制剂n-苯基硫脲（PTU）可以有效缓解眼部毒性，而三碘甲状腺原氨酸（T?）则无效。虽然T?对单独的CPPD有一定作用，但PTU处理成功恢复了共同暴露引起的细胞凋亡、Olig2和Huc表达异常以及Mbp在视觉系统中的抑制。ELISA分析证实PTU恢复了因共同暴露而降低的ATP水平，甲状腺激素（T?、T?、TSH）也得到了恢复。qPCR显示PTU减弱了cyp26a（一种视黄酸代谢酶）的活性和opn1sw1（一种视锥细胞视蛋白基因）的抑制。进一步的Mantel分析表明这些生物标志物与大多数眼部发育指标高度相关，突显了它们作为早期视觉毒性进展关键指标的潜力。这些发现表明，老化PS通过协同破坏氧化应激、甲状腺轴功能和视黄醇/光转导途径来增强CPPD的毒性，为生态风险评估提供了新的见解。

引言

全球橡胶和塑料产业的并行发展使得p-苯二胺抗氧化剂（PPDs）和微塑料成为普遍存在的新兴污染物（López-Manchado和Verdejo，2025；Thew等人，2023）。这些物质在水生环境中频繁共存，对生态和健康构成重大风险（Johannessen、Helm和Metcalfe，2021；Rauert等人，2022）。特别是N-环己基-N'-苯基-p-苯二胺（CPPD），作为一种来自轮胎磨损颗粒的代表性PPD，容易进入水体并在水生生物体内积累（Guo等人，2024）。研究表明，在车辆灰尘中定量检测到CPPD的含量为5.2-66.8 ng/g（Huang等人，2021），地表径流中的含量为0.10-5.96 ng/L（Zhang等人，2023a）。同时，塑料废物的降解产生了纳米塑料（NPs < 100 nm），由于其微小尺寸和高比表面积，这些纳米塑料在环境中持续存在并表现出显著的发育和神经毒性（Sarasamma等人，2020）。环境风化改变了NPs的物理化学性质。这种老化过程增强了它们吸附共存污染物的能力，这种现象称为载体效应（Gouin等人，2024）。先前的研究表明，这种相互作用常常产生协同毒性；例如，老化PS会加剧有机污染物（如青霉素和丁基羟基茴香醚）的生物积累和毒性，导致严重的神经发育和内分泌缺陷（Chen等人，2023；Zhao等人，2020）。尽管有这些发现，但老化NPs和CPPD的联合毒性，尤其是在水生生物体内的相互作用，仍需进一步研究。

在受影响的生理系统中，视觉系统尤为关键。视觉系统对于捕食和躲避捕食者至关重要，对污染物暴露非常敏感（Chen，2020）。斑马鱼因其遗传易处理性和与人类高度相似的眼部结构，成为眼部毒理学的理想模型（Richardson等人，2017）。最新证据表明，NPs可以穿过生物屏障在斑马鱼视网膜中积累，破坏TGFβ-晶体蛋白轴并损害视觉行为（Lin等人，2025）。类似地，轮胎橡胶添加剂（如2-巯基苯并噻唑和6PPD）也与眼部损伤和视觉功能障碍有关（Chang等人，2024a；Zhang等人，2023b）。新证据表明，这些视觉缺陷可能与甲状腺激素（TH）通路的破坏有关（Ng等人，2025）。由于TH信号调节视锥细胞的成熟和视蛋白的调控，关键受体（如thrb2）的破坏不可避免地会损害视网膜结构（例如GCL和ONL）和视觉功能（Wu等人，2025）。

为了阐明这些复杂的机制相互作用，通常使用n-苯基硫脲（PTU）和外源性三碘甲状腺原氨酸（T?）等药理调节剂。PTU通过抑制甲状腺过氧化物酶和T?向T?的转化来诱导甲状腺功能减退（Elsalini和Rohr，2003；Li等人，2012），而外源性T?可以挽救激素缺乏的表型（Galindo等人，2019；Ng等人，2025；Zhang等人，2025b）。鉴于TH信号使眼睛容易受到甲状腺干扰物的影响，这些工具的应用尤为重要（Zhao等人，2020）。此外，NPs与有机污染物的共同暴露已知会通过协同氧化应激加剧毒性。假设氧化应激引起的线粒体损伤会放大TH通路的破坏，从而引发有害的损害级联反应（Zhao等人，2020）。

基于老化NPs和CPPD的联合眼部毒性是通过氧化应激介导的甲状腺通路干扰这一假设，本研究利用斑马鱼模型系统地评估了它们的联合效应。具体来说，选择了80 nm的聚苯乙烯（PS）作为代表性纳米塑料，因为它在环境中的持久性和高吸附能力（Moore，2008）。我们全面研究了共同暴露的不良后果，从胚胎发育缺陷到视觉结构损伤和行为反应。通过使用PTU和T?进行药理干预，我们旨在验证潜在的毒性机制。最终，本研究旨在为这些共存污染物的生态风险评估提供重要的理论支持。

部分内容

斑马鱼饲养

野生型AB品系和转基因斑马鱼按照机构动物护理和使用委员会批准的指南在温州医科大学进行饲养（批准编号：xmsq2022-0302）。成年斑马鱼在标准实验室条件下（28.0 ± 0.5°C）的循环系统中饲养，光照周期为14:10小时（Westerfield和Zfin，2000）。系统用水采用反渗透过滤水（pH 7.0–7.5），并用Instant Ocean?盐调节

老化PS与CPPD共同暴露后物理化学性质的改变

DLS分析显示老化PS与CPPD之间存在显著相互作用。CPPD的存在显著增加了PS-UV和PS-O?颗粒的流体动力学直径（P < 0.01，表1）。具体而言，PS-UV + CPPD混合物的尺寸增加到184 nm，表明CPPD吸附在纳米塑料表面。尽管多分散指数（PDI）相对稳定（P > 0.05），表明其处于均匀聚集状态，

纳米塑料表面化学驱动CPPD的协同发育毒性

这是首次系统评估自然老化的聚苯乙烯纳米塑料（PS-UV、PS-O?）与抗氧化剂CPPD在斑马鱼发育过程中的联合风险。单独的CPPD引起了中度的发育障碍，这与先前关于p-苯二胺衍生物毒性的报告一致（Xu等人，2025）。但与老化PS的共同暴露引发了显著的、剂量依赖性的协同毒性，包括自发性运动抑制、心脏功能障碍等

作者贡献声明

李瑾：数据整理、撰写 - 原稿。

郑毅：方法学、撰写 - 原稿。

尹玉英：数据整理、正式分析、撰写 - 原稿。

高文达：数据整理、正式分析、研究。

唐凡：数据整理、正式分析、研究。

赵新琳：数据整理、正式分析、研究。

辛琦：数据整理。

刘瑞怡：数据整理。

熊佳琪：数据整理。

林健：研究、撰写 - 审稿与编辑、可视化。

孙达：撰写 -

未引用的参考文献

Cao等人，2023

CRediT作者贡献声明

李瑾：撰写 – 原稿，数据整理。郑毅：正式分析，数据整理。尹玉英：撰写 – 原稿，数据整理。高文达：数据整理。唐凡：数据整理。赵新琳：数据整理。辛琦：数据整理。刘瑞怡：数据整理。熊佳琪：数据整理。林健：可视化、验证、监督。孙达：撰写 – 审稿与编辑、验证。陈江飞：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、监督，