《Food and Chemical Toxicology》：Polystyrene nanoplastics promote adipogenesis by stimulating nuclear translocation of PPARγ
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納米塑料對脂肪生成的調控機制研究。采用聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs）探討其通過促進PPARγ核轉位影響脂肪細胞分化和脂質合成的作用。結果顯示PS-NPs在1-100 μg/mL濃度范圍內劑量依賴性激活脂肪生成相關基因，加速細胞周期進程，導致甘油三酯異常積累。分子動力學模擬證實PS-NPs與PPARγ核定位信號存在結合作用。
鄭玉辰|劉子佳|趙子杰|盛超|李文卓|唐鐸|寧云璐|周仁航|李敖|周志祥
北京工業大學化學與生命科學學院，北京，100124，中國
摘要
作為一種新興污染物，納米塑料（NPs）在食物鏈和環境中廣泛存在，引發了對其潛在毒性的擔憂。然而，它們對脂質代謝穩態的影響及其背后的機制仍不清楚。本研究使用常見的食品包裝材料聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs）來探討其對脂肪生成分化和脂質合成的影響。研究結果表明，在口服暴露10天后，PS-NPs在小鼠的脂肪組織中顯著積累。在1-100 μg/mL的暴露濃度范圍內，PS-NPs顯著增加了與脂肪生成相關的基因表達，加速了早期分化過程中的有絲分裂克隆擴增（MCE），并增強了3T3-L1前脂肪細胞的甘油三酯（TG）積累，從而導致脂肪生成和脂質生成。這些效應與暴露濃度呈正相關。蛋白質定量和免疫熒光分析顯示，PS-NPs促進了過氧化物酶體增殖活化受體γ（PPARγ）的核轉位。分子動力學模擬證實，PS-NPs與PPARγ的核定位信號（NLS）區域結合。這些發現提示了一種新的分子機制，即PS-NPs通過NPs-蛋白質相互作用影響PPARγ的亞細胞定位，從而觸發脂肪生成程序。本研究為納米塑料的安全評估和毒理學提供了寶貴的見解。
引言
由于塑料具有優異的絕緣性、低密度和高機械強度，被廣泛應用于現代制造和日常生活中（Geyer等人，2017年）。塑料生產的迅速擴張給全球廢物管理系統帶來了巨大壓力。到2050年，近12,000噸廢棄塑料可能最終進入垃圾填埋場或自然環境，對生態系統構成嚴重威脅（Geyer等人，2017年）。在環境中，廢棄塑料會發生水解、紫外線降解、機械磨損和微生物分解，逐漸碎裂成微塑料（MPs，<5 mm）和納米塑料（NPs，<1000 nm）（Gigault等人，2018年）。研究表明，環境水中的NPs濃度可達到1.17 μg/L（Okoffo和Thomas，2024年）。NPs也在土壤和空氣中被檢測到，盡管其豐度因地區而異（Luo等人，2024年；Nath等人，2024年）。這些微粒的小尺寸使其可以通過攝入、吸入或皮膚接觸進入人體，并在組織和器官中積累（Gou等人，2024年；Paul等人，2020年；Tang等人，2023年）。其中，飲食攝入是接觸MPs和NPs的直接途徑。在多種基本人類食物來源中都發現了MPs和NPs，包括受MPs和NPs污染的飲用水、酒精飲料、蜂蜜、鹽和茶葉、蔬菜、水果和谷物，以及在水生食物網中發生生物積累和生物放大的魚類和貝類（Ayd?n等人，2023年；Chu等人，2022年；Kim等人，2018年；Kutralam-Muniasamy等人，2020年；Li等人，2022年；Mason等人，2018年；Mohajerani和Karabatak，2020年）。此外，加工和包裝即食食品的增加也導致了MPs和NPs的逐漸增加（Hernandez等人，2019年；Karami等人，2018年）。研究表明，人體血液樣本中可測量的NPs平均濃度為1.6 μg/mL，最高濃度為7.1 μg/mL（Leslie等人，2022年）。NPs也在人體器官中被發現。在一些腦樣本中，NPs濃度達到了8861 μg/g（濕重），遠高于肝臟（約433 μg/g）和腎臟（約404 μg/g）（Nihart等人，2025年）。這些結果表明，NPs可以進入血液并分布到不同器官。環境中的NPs暴露水平高于MPs，其生物活性通常與顆粒大小成反比（Choi等人，2015年）。由于NPs的表面積較大，它們進入生物體后很快會被蛋白質包裹，形成“蛋白質冠層”，影響其分布、穩定性和毒理學效應（Gigault等人，2021年）。隨著對NPs生物安全性的擔憂不斷增加，世界衛生組織（WHO）強調了評估NPs暴露相關潛在健康風險的必要性（WHO，2022年）。
自20世紀以來，脂質代謝紊亂已成為一個全球性的公共衛生問題，與肥胖、胰島素抵抗及相關代謝疾病密切相關。脂肪生成是維持脂肪組織穩態的核心生物學過程，包括前脂肪細胞的增殖、分化和脂質積累等階段（Ghaben和Scherer，2019年）。3T3-L1細胞系因其穩定的分化和明確的調控途徑而被廣泛用于脂肪生成研究（Gregoire等人，1998年）。在分化早期階段，生長停滯的前脂肪細胞重新進入細胞周期并通過G1/S檢查點，啟動有絲分裂克隆擴增（MCE），這通常包括大約兩輪細胞分裂，是激活脂肪生成程序所必需的（Gregoire等人，1998年）。完成MCE后，細胞進入終末分化階段，并逐漸激活定義脂肪細胞身份的轉錄網絡。在關鍵調控因子中，過氧化物酶體增殖活化受體γ（PPARγ）和CCAAT/增強子結合蛋白α（C/EBPα）是驅動前脂肪細胞向成熟脂肪細胞轉化的重要轉錄因子（Guo等人，2015年）。在脂肪細胞分化的中期到后期階段，這兩種因子的表達以協調的方式增加，這種協同激活增強了負責脂質滴形成、脂質攝取和甘油三酯（TG）合成的基因轉錄（Guo等人，2015年）。在代謝水平上，二酰基甘油酰基轉移酶1（DGAT1）是甘油三酯合成的最終限速酶，在分化最后階段顯著增加，催化二酰基甘油與脂肪酸酰基-CoA的酯化反應。同時，脂肪酸合成酶（FASN）逐漸增加，促進從頭脂肪酸的產生，為甘油三酯積累提供底物（Seo等人，2018年）。隨著脂質滴的擴大，細胞逐漸獲得成熟脂肪細胞的形態和功能特征。成熟脂肪細胞還分泌調節全身代謝穩態的脂聯素等脂肪因子，其中瘦素和脂聯素是兩個主要因素（Ceja-Galicia等人，2022年）。瘦素隨著脂肪細胞的成熟而增加，作用于下丘腦調節食欲和能量消耗，而脂聯素提高全身胰島素敏感性，改善葡萄糖耐受性，并參與抗炎和抗動脈粥樣硬化作用（Friedman和Halaas，1998年；Zhao等人，2021年）。因此，這些基因被廣泛用作脂肪生成和脂質積累研究的經典標志物。
盡管過量攝入熱量和減少體力活動被認為是導致代謝失衡的主要原因，但環境化學污染物的快速增加也可能在破壞脂質穩態中起重要作用（Hill和Peters，1998年）。多項研究表明，某些環境污染物會影響脂質合成和分解途徑，導致脂肪積累和代謝異常。例如，鄰苯二甲酸酯如二（2-乙基己基）鄰苯二甲酸酯（DEHP）和苯基丁基鄰苯二甲酸酯（BBP）會影響促進脂肪生成的轉錄調節因子（da Costa等人，2023年；Sargis等人，2010年）。雙酚A（BPA）可以通過干擾糖皮質激素受體功能來改變脂肪代謝。然而，將MPs和NPs暴露與脂質代謝紊亂聯系起來的分子機制仍大部分未得到探索（Sargis等人，2010年）。
聚苯乙烯（PS）常用于食品儲存和包裝材料的制造，其降解周期很長，可持續數百年，導致高環境持久性，增加了生物暴露的可能性（Chamas等人，2020年）。因此，我們使用PS-NPs作為代表性材料來研究其對脂肪生成分化和脂質生成的影響，特別關注其對轉錄因子PPARγ的調控作用。進一步應用分子動力學模擬揭示了潛在的分子機制，并強調了NPs-蛋白質相互作用在PS-NPs引起的脂質代謝紊亂中的作用。
部分內容摘錄
化學物質和試劑
DMEM培養基（11995073）、胎牛血清（A5256701）和青霉素-鏈霉素（15140148）購自Gibco（美國加利福尼亞州格蘭德島）。Cell Counting Kit-8（CCK-8；CK04）購自Dojindo（日本熊本）。細胞周期和凋亡分析試劑盒（C1052）以及核和細胞質蛋白提取試劑盒（P0027）購自Beyotime（中國上海）。3-異丁基-1-甲基黃嘌呤（R023791）、地塞米松（R010148）和胰島素（R008974）購自RAWNPS-NPs穿透脂肪組織并在脂肪組織和脂肪細胞中積累
本研究中使用的PS-NPs具有相對均勻的粒徑分布，在超純水中的流體動力學直徑與標稱粒徑一致（文本S1）。為了研究PS-NPs在體內的積累和組織分布，小鼠每天口服25 nm PS-NPs，劑量為100 mg/kg，持續10天。H&E染色顯示暴露后結腸黏膜上皮明顯受損，包括腺體結構破壞和隱窩部分喪失（圖1A）。這些結果
討論
作為新興的環境污染物，納米塑料在生態系統中廣泛存在，人類不可避免地通過攝入、吸入或皮膚接觸與這些顆粒接觸（Gou等人，2024年；Paul等人，2020年；Tang等人，2023年）。在這些途徑中，塑料顆粒的口服暴露可能導致它們在多個器官和組織中積累，包括心臟、肝臟、肺、腎臟、大腦和腸道（Liu等人，2022年；Lu等人，2018年；Yang等人，2019年）。過去
結論
在本研究中，我們使用常見的食品包裝材料聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs）作為模型材料，證明了PS-NPs通過蛋白質吸附促進脂肪生成分化和脂質生成。在口服暴露10天后，在脂肪組織中檢測到了PS-NPs。在1-100 μg/mL的濃度范圍內，PS-NPs劑量依賴性地上調了與脂肪生成相關的基因表達，加速了脂肪生成分化，增加了甘油三酯
作者貢獻聲明
鄭玉辰：寫作 – 審稿與編輯，寫作 – 原始草稿，方法學，研究。劉子佳：研究，數據管理。趙子杰：方法學，數據管理。盛超：方法學，研究。李文卓：資源，方法學。唐鐸：研究，正式分析。寧云璐：研究，正式分析。周仁航：方法學，研究。李敖：研究，正式分析。周志祥：寫作 – 審稿與編輯，監督，資源，資助
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金 [編號：42477454]和國家重點研發計劃 [編號：2023YFC3905102]的支持。
