聚苯乙烯纳米塑料会在正常小鼠和糖尿病小鼠中引发与颗粒大小相关的氧化应激和炎症反应、肝脏胰岛素信号传导功能受损以及代谢紊乱

《Biology Direct》：Polystyrene nanoplastics induce size-associated oxidative-inflammatory stress, hepatic insulin-signaling impairment and metabolic disturbances in normal and diabetic mice

　　

摘要

背景

纳米塑料是一种新兴污染物，能够穿透生物屏障并扰乱代谢平衡。聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）在食品和饮用水中经常被检测到；然而，其大小差异对代谢的影响以及原有糖尿病对其作用的调节机制仍不完全清楚。本研究旨在探讨不同粒径的PS-NPs通过亚慢性口服暴露，是否会影响正常小鼠和糖尿病小鼠的肝脏胰岛素信号传导及葡萄糖-脂质代谢平衡，以及氧化-炎症失衡是否与这些反应相关。

结果

我们发现，PS-NP暴露会导致代谢和肝脏信号传导方面的大小依赖性紊乱。在所测试的粒径中，25纳米的PS-NPs在多种炎症、氧化应激、血糖和胰岛素信号传导指标上表现出最明显的变化，不过并非所有指标都存在明显的粒径差异。PS-NP暴露会升高血清中的炎症细胞因子水平（IL-6、CRP和TNF-α），并改变肝脏的氧化应激标志物，包括脂质过氧化标志物丙二醛（MDA）以及抗氧化酶的活性（CAT、SOD和GSH-Px），这表明存在全身性炎症激活伴随肝脏氧化应激失衡。这些变化与肝脏IRS1-AKT-PPARγ通路的抑制以及GLUT4表达的下调有关，说明胰岛素信号传导和代谢调控功能受损。与正常小鼠相比，糖尿病小鼠在接触PS-NPs后表现出更严重的氧化应激、炎症激活和代谢紊乱，这说明代谢功能较差的机体对PS-NPs更为敏感。探索性的扫描电子显微镜分析为氧化-炎症失衡与肝脏胰岛素信号传导障碍之间的关联提供了支持，而其与全身性代谢紊乱的关联则需进一步验证。包括主成分分析、线性判别分析和随机森林分析在内的多变量分析表明，反应模式与代谢背景和粒子大小有关，但这些分析应被视为辅助性的模式识别工具，而非经过验证的预测模型。

结论

本研究表明，在当前实验条件下，PS-NPs可能作为代谢压力源，其作用会受到粒子大小和宿主代谢背景的影响。通过结合传统毒理学方法和探索性计算建模，我们的研究为PS-NP暴露可能与肝脏胰岛素信号传导障碍及代谢紊乱相关提供了机制线索和初步的基于数据的证据，从而强调了有必要评估代谢功能较弱人群接触纳米材料的安危。