聚苯乙烯纳米塑料通过诱导脑微血管内皮细胞空泡化死亡破坏血脑屏障完整性及ESCRT膜修复系统的挽救作用

推荐：本研究针对纳米塑料污染导致血脑屏障(BBB)破坏的关键机制，首次揭示了聚苯乙烯纳米塑料(PSNP)通过诱导脑微血管内皮细胞(BMECs)发生特征性空泡化死亡（methuosis）的分子路径。研究人员发现PSNP蓄积于内体-溶酶体系统引发溶酶体膜损伤，而增强内体分选转运复合体(ESCRT)膜修复功能可有效逆转这一过程。该成果为环境毒理学领域提供了纳米塑料神经毒性的新机制，并为防治塑料污染相关的神经系统疾病提供了潜在干预靶点。

　　

塑料污染已成为全球性环境健康危机，其中粒径小于1微米的纳米塑料因可穿透生物屏障的特性引发特殊关注。最新流行病学数据显示，人脑组织中纳米塑料浓度显著高于肝肾等器官，且阿尔茨海默病患者脑血管壁存在明显纳米塑料蓄积。血脑屏障作为中枢神经系统的关键防线，其内皮细胞损伤被认为是纳米塑料入脑的重要门户，但具体毒理机制尚未阐明。南方医科大学口腔医院的研究团队在《Economics》发表创新性研究，首次揭示聚苯乙烯纳米塑料(PSNP)通过诱发脑微血管内皮细胞(BMECs)特殊死亡模式——空泡化死亡(methuosis)，进而破坏血脑屏障完整性的分子机制，并证实增强ESCRT膜修复系统可有效逆转这一病理过程。

研究采用透射电镜(TEM)和动态光散射(DLS)表征PSNP理化特性，建立体外BBB模型通过跨内皮电阻(TEER)和荧光黄渗透实验评估屏障功能，结合免疫荧光染色和Western blot分析关键蛋白表达，运用溶酶体示踪剂(LysoTracker)和半乳糖凝集素3(Galectin 3)标记膜损伤，通过过表达CHMP4B增强ESCRT功能验证修复机制。

3.1 PSNP诱导BMECs死亡导致BBB破坏

PSNP(50 nm)在培养基中形成蛋白冠后粒径增至110 nm。50 μg/mL PSNP处理24小时使BMECs代谢活性降低20%，TEER值显著下降，紧密连接蛋白ZO-1分布紊乱，荧光黄渗透率增加3倍，证实BBB完整性受损。

3.2 Methuosis是PSNP诱导的主要死亡模式

电镜观察到随时间递增的胞质空泡化，48小时后空泡占据大部分胞质。该过程不受凋亡抑制剂Z-VAD-FMK或焦亡抑制剂双硫仑影响，自噬抑制剂3-MA可部分缓解空泡形成。溶酶体示踪显示空泡源自内体-溶酶体途径，但后期与功能性溶酶体分离。

3.3 溶酶体损伤是methuosis的关键诱因

PSNP处理6小时后，溶酶体酸性环境丧失，Galectin 3阳性斑点（溶酶体膜损伤标志）持续增加。Western blot显示溶酶体标志蛋白Lamp1显著减少，自噬相关蛋白LC3-II和p62堆积，表明自噬流受阻。

3.4 ESCRT系统激活但修复不足

ESCRT核心组分CHMP1B和CHMP4B蛋白水平分别在3小时和12小时达峰，但24小时后仍存在大量Galectin 3/CHMP4B共定位斑点，提示修复机制不足以应对持续膜损伤。

3.5 增强ESCRT系统可挽救溶酶体功能

过表达CHMP4B使ESCRT活性持续增强，处理24小时后溶酶体数量(Lamp1)和功能(LysoTracker荧光)恢复，自噬流恢复正常（GFP-RFP-LC3示踪显示自噬体-溶酶体成熟），Galectin 3阳性斑点减少60%。

3.6 ESCRT激活逆转methuosis及BBB损伤

CHMP4B过表达使PSNP诱导的空泡减少70%，细胞代谢活性恢复至92%。TEER值和ZO-1分布恢复正常，证实BBB功能重建。

该研究首次建立"PSNP-溶酶体损伤-ESCRT修复失效-methuosis-BBB破坏"的完整病理链条，突破性地将纳米塑料毒性与非经典细胞死亡模式相联系。特别值得注意的是，溶酶体作为纳米材料的主要蓄积部位，其膜修复机制ESCRT的时效性不足是导致空泡化死亡的关键环节。这一发现为理解纳米塑料穿越血脑屏障的细胞生物学基础提供了全新视角，也为开发以CHMP4B为靶点的干预策略奠定了理论基础。研究采用的体外BBB模型虽不能完全模拟体内微环境，但为后续建立类器官和动物实验模型提供了可靠方法学框架。随着全球塑料污染持续加剧，该成果对预防纳米塑料相关神经退行性疾病具有重要公共卫生意义。