聚苯乙烯纳米塑料通过PDGFRα依赖性的肝星状细胞激活，加剧了邻苯二甲酸二丁酯引起的肝纤维化

《Environmental Pollution》：Polystyrene nanoplastics exacerbate dibutyl phthalate-induced liver fibrosis through PDGFRα-dependent hepatic stellate cell activation

肝星状细胞PDGFRα信号通路在纳米塑料与DBP协同肝毒性中的作用机制研究。采用体外共培养系统及转录组分析，发现PS-NPs与DBP协同通过激活PDGFRα和PI3K通路促进HSC增殖及纤维化相关基因表达。体内实验证实抑制PDGFRα可显著减轻DBP诱导的肝纤维化与炎症反应，揭示PDGFRα是连接环境污染物致肝损伤的关键靶点。

　　

作者名单：Eun Bok Baek、Jae-Hong Ko、Aya Yamamura、Hyang Ae Lee、Eun-Jin Kim、Anjas Happy Prayoga、Ahmad Awwalun Nashar、Jae-Ho Lee、Sung-Cherl Jung、Tong Zhou、Dawon Kang、Eun-A Ko

韩国济州国立大学医学院生理学系，济州63243

摘要

来自聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）等常见聚合物的纳米塑料颗粒（NPs）作为持久性的环境污染物，促进了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的传输和细胞内化。DBP是一种普遍存在的增塑剂，通过塑料渗漏污染空气、水、土壤和食物。血小板衍生生长因子受体α（PDGFRα）通路是调节肝星形细胞（HSC）激活和纤维化形成的关键机制；然而，其在塑料颗粒诱导的肝毒性中的作用及其与DBP介导的纤维化的关联仍不清楚。通过使用HSC-肝细胞共培养（LX-2-HepG2或LO2）和转录组分析，我们发现DBP暴露显著降低了肝细胞的存活率，增加了促炎细胞因子（TNF和IL-6）的水平，并诱导了细胞凋亡。同时，DBP还刺激了LX-2细胞的增殖，并上调了纤维化相关标志物（TGFB1、COL1A1、ACTA2），并通过旁分泌信号通路加剧了肝细胞损伤。RNA-seq分析显示LO2细胞中凋亡和TNF相关通路被激活，而LX-2细胞则表现出致癌和PI3K-Akt通路的上调，共同促进了纤维化的转录反应。在体内实验中，PDGFRα抗体的中和以及伊马替尼（imatinib）的药理抑制显著减轻了DBP引起的肝纤维化和炎症基因表达，证实了PDGFRα在DBP毒性中的核心作用。聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）在24小时内被PDGFRα阳性的原代HSC迅速内化，导致PDGFRα和PI3K表达增加。PS-NPs与DBP的共同暴露导致了协同的肝毒性并加剧了纤维化损伤，表明了混合环境污染物之间的叠加效应。这些发现表明PDGFRα是连接DBP和PS-NPs暴露与肝纤维化的关键机制节点，并强调了其作为环境诱导肝病治疗靶点的潜力。研究结果进一步强调了在评估复杂污染物混合物健康风险时考虑共同暴露效应的重要性。

引言

微塑料（MPs）对各种生物系统构成了严重的健康和生态危害。由于其环境持久性和生物累积性，MPs可以通过多种暴露途径和传输机制渗透到几乎所有营养级。越来越多的证据表明，MPs引起的组织损伤与氧化应激、炎症反应、线粒体功能障碍和细胞凋亡密切相关。由于肝脏通过肝门静脉与胃肠道有独特的解剖连接，因此特别容易积累MPs并随之产生毒性（Shi等人，2022年）。实验研究进一步确定氧化应激、线粒体损伤、炎症和异常脂质沉积是MPs诱导肝毒性的主要机制（Cheng等人，2022年；Shen等人，2022年）。最近，纳米塑料（NPs）由于其在体内的高吸收率、优先在器官中的积累以及跨屏障组织的穿透能力，成为环境和职业健康的新问题（Fan等人，2024年；Lizonova等人，2024年；Martin等人，2024年）。与较大的微塑料相比，NPs具有更高的细胞穿透性，从而导致明显的尺寸依赖性细胞毒性（Fan等人，2024年）。在人类大脑、肾脏和肝脏组织中检测到了NPs，其中大脑中的颗粒平均长度约为171纳米（Erdely等人，2025年；Nihart等人，2025年）。在脑组织中，微塑料和纳米颗粒（MNPs）主要为聚乙烯（PE），其他聚合物的含量较少（Nihart等人，2025年；Wright等人，2024年）。医疗程序直接将MNPs引入血液循环系统；输注溶液中的颗粒大小范围从1到100微米不等（Cui等人，2024年；T. Huang等人，2025年），其中基于聚丙烯的溶液中的纳米颗粒浓度中位数为29.09–87.54微克/升（Li等人，2025年；Tarafdar等人，2024年；Zheng等人，2024年）。

除了自身的物理化学毒性外，NPs还是亲脂性共污染物的有效载体，尤其是像邻苯二甲酸二丁酯（DBP）这样的增塑剂，这大大增加了环境风险（M. H. Huang等人，2025年）。邻苯二甲酸酯（PAEs）是广泛用于消费品和工业应用的合成增塑剂，包括食品包装、化妆品和医疗设备（Hahladakis等人，2018年）。由于PAEs没有与聚合物共价结合，它们容易渗入环境中，从而形成持久的生物可利用性，导致长期的人类暴露（Mondal等人，2025年；Tangestani等人，2025年；Xu & Sandler，2025年）。生物监测研究在不同人群中持续检测到尿中的邻苯二甲酸酯代谢物，证实所有年龄组和地理区域都普遍存在PAE暴露（Frederiksen等人，2020年；Xu等人，2020年；Yao等人，2025年）。DBP在农业土壤中通过塑料地膜大量积累，成为长期渗漏的主要来源（Wang等人，2025年）。

DBP没有与聚合物基质共价结合，因此容易渗入周围环境，特别是通过摄入受污染的食物和饮用水增加人体暴露（Balderas-Hernandez等人，2020年；Xu等人，2019年）。它在鱼类制品、新鲜水果、烘焙食品、含酒精饮料（如龙舌兰酒）和各种塑料瓶装饮料中频繁被检测到，饮食摄入估计占人类DBP总暴露量的60–80%。在鲤鱼等水生物种中，DBP会破坏抗氧化防御系统，并通过激活经典的先天免疫信号通路诱导肝炎症和细胞凋亡，最终导致NF-κB依赖性的促炎基因和细胞命运调节基因的转录（Cui等人，2021年）。此外，DBP还会引发多种毒性效应，包括内分泌干扰、生殖毒性和潜在的致癌性（Aurisano等人，2021年；Wang等人，2025年）。值得注意的是，医疗输注溶液中也同时含有NPs和PAEs，颗粒和邻苯二甲酸酯的负担之间存在正相关。此外，在人类细胞模型中，聚苯乙烯（PS）纳米颗粒（PS-NPs）和双（2-乙基己基）邻苯二甲酸酯（DEHP）的共同暴露会产生协同的心血管毒性（Zhang等人，2025年）。

流行病学和毒理学证据表明，DBP暴露与肝毒性之间存在因果关系，这种关系从非酒精性脂肪肝病（NAFLD）发展为非酒精性脂肪性肝炎（NASH），表现为肝脂肪变性、慢性炎症、肝细胞损伤和纤维化重塑（Chen等人，2024年；Theodoropoulou等人，2024年；Tian等人，2022年）。肝星形细胞（HSCs）通过与肝细胞和驻留肝细胞的双向交流，在纤维化重塑中起主要作用。通常处于静止状态且富含维生素A的HSCs在慢性肝细胞损伤时被激活，转化为表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的增殖性肌成纤维细胞，产生过多的细胞外基质蛋白，推动纤维化的进行（Sharma等人，2025年）。这种肝细胞-HSC之间的相互作用通过促纤维化细胞因子、生长因子和细胞外囊泡的旁分泌来调节，从而相互放大细胞损伤并激活纤维化信号通路（Filliol等人，2022年；Ramachandran，2025年）。

血小板衍生生长因子（PDGF）通路是调节HSC激活和肌成纤维细胞分化的主导机制，是肝纤维化的核心驱动因素（Jung等人，2025年）。四种PDGF配体（PDGF-A、-B、-C和-D）与PDGFRα和PDGFRβ受体结合，触发受体二聚化和自磷酸化，激活下游通路，包括PI3K/AKT、RAS/MAPK、JAK/STAT和PLCγ（Fredriksson等人，2004年；Ying等人，2017年）。PDGFRα与PDGF-A、PDGFR-B和PDGFR-C结合，而PDGFRβ主要与PDGF-B和PDGFR-D结合。在稳态条件下，PDGFR信号通路协调组织修复和伤口愈合；然而，失调或长期持续的活性会促进肌成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化和病理性细胞外基质积累，使PDGFR成为多种纤维化和肿瘤性疾病的治疗靶点（Buttell & Qiu，2023年；Capozzi等人，2019年；Sang等人，2023年）。在急性肝损伤中，受控的修复机制可以防止纤维化；相反，持续的损伤会触发生长因子（PDGF、TGF-β、EGF）和基质成分的协调分泌，招募静止的HSCs并启动肌成纤维细胞的激活（Wang等人，2023年；Yang等人，2003年）。PDGF-B/PDGFRβ轴已被广泛认为是促进HSC招募、增殖、肌成纤维细胞转化和胶原蛋白合成的强大驱动因素，药理学拮抗剂在多种体内模型中有效减缓了纤维化的进展（Wang等人，2020年；Wang等人，2016年）。最新证据表明，PDGFRα在肝纤维化和肝病进展中也是一个重要的调控节点，其功能与PDGFRβ信号通路不同但互补（Bai等人，2025年；Ye等人，2023年；Zhao等人，2025年）。

本研究采用综合实验策略来表征NP-DBP的协同肝毒性并确定其潜在的分子机制。利用肝细胞-HSC共培养系统模拟毒性物质诱导的肝损伤和纤维化过程中的双向旁分泌信号传导。无偏见的RNA测序分析了PS-NPs共同暴露背景下DBP暴露相关的转录组变化。在PS-NPs、DBP及其联合暴露的体内小鼠模型中，评估了肝损伤、纤维化进展以及PDGFRα信号通路的失调，作为潜在的协同毒性介导机制。

实验部分

体外细胞培养

最近发现人类HSC（LX-2细胞）和人类肝细胞癌（HepG2细胞）以及LO2（HL-7702细胞）受到HeLa污染（Shao & Chen，2024年），这些细胞在含有10% FBS、1%青霉素和链霉素的DMEM培养基中培养。处理时，细胞暴露于DBP（50或100 μM，溶解在DMSO中至最终浓度0.1%）24小时。在共培养实验中，LX-2、LO2、HepG2细胞或LO2细胞被接种在6孔板中，并使用孔径为0.4 μm的Transwell插入物（Corning，美国）。

DBP对人体肝细胞系具有细胞毒性和诱导细胞凋亡的作用

我们使用了两种互补的肝肿瘤来源细胞系——HepG2（高度分化的肝细胞癌细胞）和LO2（历史上用于肝脏相关研究的上皮样细胞）（Shao & Chen，2024年）来研究DBP的影响。在HepG2细胞中，随着DBP浓度的增加（0–200 μM；图1A，左侧面板），细胞活力逐渐下降；在暴露24小时后，浓度≥50 μM时观察到显著的细胞死亡（图1A，右侧面板）。

讨论

本研究显示，PS-NPs通过PDGFRα驱动的信号通路和随后的PI3K通路激活，在HSCs中显著增强了DBP诱导的肝毒性。PDGFRα介导的肝细胞或肝细胞癌细胞与HSCs之间的细胞间通讯促进了炎症和细胞凋亡反应，DBP作为受体激活和配体释放的触发因素。PDGFRα的药理阻断显著减轻了DBP暴露小鼠的纤维化。

结论

本研究证明，PS-NPs通过PDGFRα依赖的信号通路在HSCs中显著增强了DBP诱导的肝毒性，确定了该受体在颗粒-化学物质协同作用中的核心作用。使用伊马替尼（imatinib）药理阻断PDGFRα有效缓解了DBP诱导的肝纤维化，并抑制了体内的促纤维化基因表达，为PDGFRα抑制在环境诱导的肝损伤中的治疗潜力提供了直接实验证据。

作者贡献声明

Hyang-Ae Lee：撰写 – 审稿与编辑。Eun-Jin Kim：方法学研究。Anjas Happy Prayoga：研究方法、数据分析。Ahmad Awwalun Nashar：方法学研究。Jae-Ho Lee：方法学研究。Sung-Cherl Jung：撰写 – 审稿与编辑。Tong Zhou：研究方法、数据分析。Dawon Kang：初稿撰写、项目管理、资金获取、概念构思。Eun-A Ko：初稿撰写、项目管理、资金获取。

未引用的参考文献

Eckel等人，2005年；Huang等人，2025年；Zhang等人，2025年；美国环保署（U.S. EPA），2020年。

数据可用性

数据可应要求提供。

资助

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助（EK项目），资助来源为韩国政府（NRF-2022R1F1A1062897），以及韩国国家研究基金会的基础科学研究计划（RS-2023-00219399，DK项目）的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

LX-2和LO2细胞系分别由韩国庆尚国立大学的Gu-Seob Roh教授和Wan-Il Kim教授提供。TEM图像和尺寸分布分析由Abvigen（美国）提供。