《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Developmental exposure to polystyrene nanoplastics induces persistent neurobehavioral changes and alters later-life susceptibility to hexabromocyclododecane in zebrafish
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本研究针对早期发育阶段对环境污染物的高度敏感性，探讨了纳米塑料暴露的长期神经行为效应。研究人员发现斑马鱼胚胎期暴露于聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）会导致幼鱼和成鱼阶段运动能力持续下降，并改变成年后对溴化阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）的行为反应。通过基因表达和DNA甲基化分析，揭示了表观遗传机制在调控神经基因表达和行为易感性中的关键作用，为理解早期环境暴露的长期健康影响提供了重要证据。
在当今塑料污染日益严重的环境下，微米和纳米级塑料颗粒已成为新型行星边界威胁。这些微小颗粒不仅在水生环境中广泛存在，更令人担忧的是，它们能够穿越生物屏障，包括血脑屏障，对生物体造成潜在危害。特别值得关注的是，生命早期发育阶段对环境压力因素异常敏感，这一时期暴露于纳米塑料可能会对神经系统发育产生深远影响，甚至改变个体后续对环境毒素的敏感性。然而，关于早期纳米塑料暴露如何影响个体后期神经行为及其对其它环境污染物的反应，科学界仍知之甚少。
在这项发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》的研究中，韩国首尔大学环境工程学院的Jiwan Kim、Jeongeun Im和Jinhee Choi教授团队开展了一项创新性研究，探讨了发育期暴露于聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）是否会对斑马鱼产生持久性神经行为影响，并改变其成年后对溴化阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）的敏感性。HBCD作为一种添加型溴化阻燃剂，广泛用于聚苯乙烯泡沫等材料中，虽已被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物，但在全球水环境中仍持续检出。
研究人员采用斑马鱼胚胎发育模型，通过五个月的长期追踪实验，结合行为学分析、基因表达检测和表观遗传学评估，系统探究了早期环境暴露的长期效应。关键技术方法包括：斑马鱼胚胎发育期暴露实验、幼虫和成鱼运动行为轨迹分析系统（ZebraBox）、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）神经基因表达分析、全基因组DNA甲基化水平检测，以及动态光散射（DLS）纳米颗粒表征。
3.1 PS-NPs的表征和摄入
研究显示，使用的100纳米聚苯乙烯纳米颗粒呈球形，在水溶液中分散良好。通过荧光标记证实，纳米颗粒可在斑马鱼幼鱼消化器官中检测到，且摄入量呈浓度依赖性增加。
3.2 早期生命暴露于PS-NPs对成年斑马鱼健康的影响
发育期暴露于PS-NPs的斑马鱼在5日龄幼鱼阶段即表现出运动活性显著降低。更为重要的是，这种运动障碍即使经过5个月的恢复期后，在成年斑马鱼中仍然持续存在。早期暴露组（PS-C）的成年鱼总移动距离减少，不活动运动增加，表明纳米塑料的神经行为效应具有持久性。
3.3 早期发育暴露于PS-NPs对HBCD暴露敏感性的影响
研究发现，首次暴露于HBCD的成年斑马鱼（C-HBCD组）表现出多动行为，而先前暴露于PS-NPs的鱼（PS-HBCD组）对HBCD则无显著行为变化。这表明早期纳米塑料暴露确实改变了个体对环境化学物质的敏感性。
3.4 成年期HBCD暴露对发育期PS-NPs暴露不良效应的缓解作用
有趣的是，与仅早期暴露于PS-NPs的组（PS-C）相比，早期暴露于PS-NPs后成年期再暴露于HBCD的组（PS-HBCD）在运动活性、神经基因表达和全局DNA甲基化水平方面表现出 attenuated（减轻）效应，提示HBCD暴露可能部分抵消了早期纳米塑料暴露的持久性影响。
3.5 不同暴露情景下神经基因表达模式的差异及其与行为变化的关系
基因表达分析显示，运动行为模式与神经功能相关基因的表达谱高度一致。早期暴露于PS-NPs的组别中，多巴胺能信号通路基因（drd2a）、谷氨酸代谢基因（glud1a）和神经发育基因（fezf2）表达上调，且与不活动运动呈正相关，与总移动距离呈负相关。这些基因的异常表达可能是行为改变的重要分子基础。
3.6 早期发育暴露于PS-NPs后对HBCD暴露的表观遗传反应差异
表观遗传学分析发现，仅暴露于HBCD的成年斑马鱼（C-HBCD组）出现DNA低甲基化，而早期暴露于PS-NPs的组别（PS-HBCD组）则表现为高甲基化。DNA甲基转移酶基因（dnmt）表达与全局DNA甲基化水平和运动行为参数密切相关，特别是dnmt3bb.1与运动行为表现出强相关性。
研究结论表明，早期发育阶段暴露于纳米塑料可导致持久的神经行为改变，并通过表观遗传重编程机制改变个体后期对环境毒素的敏感性。这种"发育起源"的易感性改变可能与神经基因的持续表观遗传调控密切相关。纳米塑料能够穿越血脑屏障，在发育中的大脑建立独特的表观遗传状态，从而影响后续对环境应激物的反应模式。
这项研究的重要意义在于首次系统揭示了早期纳米塑料暴露通过表观遗传机制调控神经发育和行为的长期效应，为理解"环境暴露发育起源假说"提供了实验证据。研究结果强调，在评估塑料污染物风险时，必须考虑早期生命阶段的暴露窗口及其对个体终身健康的影响。鉴于表观遗传机制在物种间的保守性，以及工业和消费产品中环境物质广泛存在可能干扰这些通路，本研究对环境和公共健康具有广泛启示。
未来研究需要深入探索纳米塑料在神经发育过程中特异性表观遗传调控位点及其与不良结果的定量关系，并结合环境相关暴露水平开展整合定量分析，以改进纳米塑料和其它化学污染物的生态风险评估和管理策略。
