《Journal of Environmental Sciences》：Persistent cold air pools and associated sustained haze pollution in Taiyuan Basin
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微纳米塑料（MNPLs）对健康风险需长期评估。本研究以钛掺杂聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）为模型，通过急性（24-48h）和慢性（8-15周）暴露于BEAS-2B细胞，发现急性期引起轻度氧化应激和DNA断裂，而慢性暴露导致持续性基因不稳定、炎症因子和癌蛋白异常，并增强细胞迁移和侵袭能力，提示低剂量长期暴露具有潜在致癌风险。
米歇尔·莫拉塔亚-雷耶斯（Michelle Morataya-Reyes）、阿里罗·维拉科塔（Aliro Villacorta）、琼·马丁-佩雷斯（Joan Martín-Perez）、艾琳·巴尔吉利亚（Irene Barguilla）、劳拉·鲁比奥（Laura Rubio）、拉克尔·埃赫亚（Raquel Egea）、里卡德·马科斯（Ricard Marcos）、阿尔芭·埃尔南德斯（Alba Hernández）
巴塞罗那自治大学生物科学学院遗传学与微生物学系突变研究小组，西班牙塞尔达尼奥拉德尔瓦列斯（Cerdanyola del Vallès）08193
摘要
微塑料/纳米塑料（MNPLs）是广泛存在于空气中的污染物，其潜在的健康风险亟需研究。实验评估的关键因素包括微塑料/纳米塑料的类型、暴露情景、目标细胞以及相关的生物标志物。本研究使用掺钛聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）作为具有环境代表性的模型，这种塑料来源于含有二氧化钛（TiO?）纳米颗粒的不透明PET瓶子的降解产物。为了模拟人类暴露情况，我们在非肿瘤性人类支气管上皮细胞（BEAS-2B）中评估了急性（24–48小时）和长期（8–15周）暴露效应。评估的生物标志物包括急性暴露后的氧化应激、基因毒性及细胞因子表达，以及长期暴露后的基因毒性、细胞因子表达和细胞转化特征（如无固定基底的生长、迁移和侵袭能力）。急性暴露引发了轻微的氧化和炎症反应，并伴有可检测的DNA链断裂；而慢性暴露则导致了持续的基因组不稳定、细胞因子和致癌信号通路的变化，以及早期致癌性改变。值得注意的是，15周后，PET(Ti)-NPLs引发了持续的DNA损伤、磷酸化H2AX组蛋白的动态变化、细胞因子和癌症相关蛋白谱的改变，以及增强的迁移和侵袭行为，即使在没有无固定基底生长的情况下也是如此。这些发现表明，亚毒性浓度的PET(Ti)-NPLs能在人类支气管上皮细胞中诱发时间依赖性的早期致癌表型，强调了在评估微塑料/纳米塑料风险时考虑长期暴露情景的重要性。
引言
塑料污染已成为一个全球性的环境和公共卫生问题。从2000年的每年2.34亿吨增加到2019年的4.6亿吨，全球每年的塑料废弃物也从1.56亿吨增加到3.53亿吨。由于塑料废弃物处理不当，这些材料不断渗入环境中，从大块塑料（宏观塑料）降解为微塑料（<5毫米）和纳米塑料（<1微米）。微塑料和纳米塑料（MNPLs）已成为普遍存在的环境污染物，而塑料的流行性和耐用性正是导致其在环境中长期存在的原因。这种广泛的环境存在引发了人们对人类暴露的担忧，尤其是通过吸入和摄入途径，以及由此可能产生的不良健康影响（Mahmud等人，2024年）。
微塑料/纳米塑料对人类健康的潜在风险使其成为研究热点，许多研究报道了这些颗粒在不同水体和大气中的存在（Rahman等人，2021年），并且已经证实了它们在大气中的沉积（Wright等人，2020年）。研究表明，吸入是接触微塑料/纳米塑料的主要途径。在大气中更为常见的微塑料/纳米塑料通常是日常生活中常用的塑料制品，如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（Dong等人，2020年）。然而，大多数评估微塑料/纳米塑料对人体健康影响的研究未能使用具有代表性的微塑料类型和暴露条件，因为它们使用的是市售的原始PE和PS等模型，这些模型不能代表由塑料制品降解产生的环境微塑料/纳米塑料。需要注意的是，在塑料制品的生产过程中会添加多种添加剂以提高其性能。因此，塑料的降解会产生含有这些添加剂的微塑料/纳米塑料，这些添加剂因其环境持久性、生物累积潜力以及在饮料瓶、纺织品和一次性口罩等产品中的广泛应用而特别值得关注（Le等人，2023年）。这些添加剂包括内分泌干扰物质（如双酚A）和金属（如二氧化钛），一旦被吸入或摄入，它们可以穿过生物屏障在组织中积累，破坏细胞稳态（Li等人，2024年）。因此，使用从实际塑料制品中获得的真实微塑料/纳米塑料对于准确评估其潜在危害至关重要（Villacorta等人，2022年）。
大多数评估微塑料/纳米塑料危害的研究还存在另一个局限性，即暴露情景的设定。大多数研究仅关注急性暴露，可能忽略了长期的细胞反应，如适应性变化、累积性损伤或表型转变。在肺上皮细胞模型中，急性PS或PE微塑料/纳米塑料暴露已被证明会引发氧化应激、炎症、自噬激活和线粒体损伤（Schr?ter和Ventura，2022年），以及上皮-间充质转化（EMT）（Traversa等人，2024年）。然而，使用由PET塑料水瓶降解产生的真实微塑料进行30周的慢性暴露后，观察到BEAS-2B细胞中与细胞转化相关的标志物增强（Gutiérrez-García等人，2025年）。当这些细胞同时暴露于PET微塑料/纳米塑料和香烟烟雾冷凝物4周后，这种表型更为明显，这突显了研究慢性暴露效应的重要性（Morataya-Reyes等人，2025a）。这些结果表明，暴露持续时间是微塑料/纳米塑料潜在效应的关键因素，因为急性暴露主要引发应激和炎症，而慢性暴露则可能重塑基因表达、细胞表型和转化潜力。
尽管越来越多的证据表明微塑料/纳米塑料具有危害性，但同时评估急性暴露和长期暴露的研究仍然很少。为填补这一知识空白，本研究将人类支气管上皮细胞（BEAS-2B）暴露于掺钛PET纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）中，作为具有环境代表性的微塑料模型。这种微塑料来源于含有二氧化钛纳米颗粒（TiO?-NPs）的PET不透明瓶子的降解产物。不透明的PET瓶常用于包装牛奶，因为它们能提供超高温灭菌（UHT）牛奶所需的遮光保护并减少气体渗透（Villacorta等人，2023年）。研究表明，PET微塑料已在肺组织中被发现，这突显了吸入作为重要的暴露途径，引发了人们对呼吸系统健康风险的担忧（Jenner等人，2022年）。因此，本研究使用人类支气管上皮细胞（BEAS-2B）作为模型。实际塑料制品中包含多种添加剂，而这些添加剂的潜在危害尚未得到充分研究。为了研究真实环境中的微塑料/纳米塑料，我们从含有二氧化钛（TiO?）作为填充剂的不透明PET瓶中制备了PET(Ti)-NPLs。研究其对细胞活力、氧化应激、炎症、上皮-间充质转化等指标的影响，有助于了解这些环境微塑料对健康的潜在风险，为监管策略提供依据。
部分内容
PET(Ti)-NPLs的制备与表征
PET(Ti)-NPLs是根据Villacorta等人（2023年）发表的协议，从含有二氧化钛纳米颗粒（TiO?-NPs）作为填充剂的市售不透明PET瓶中制备的。制备过程包括机械打磨和物理化学分散处理，随后进行物理化学表征，包括透射电子显微镜（TEM/SEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察、分散颗粒的多角度光散射（DLS-MADLS）测量以及ζ电位分析等。
颗粒表征
本研究中使用的PET(Ti)-NPLs来源于含有二氧化钛（TiO?-NPs）作为添加剂的消费级PET瓶子的降解产物，属于环境真实的二次微塑料/纳米塑料。其完整的形态学和物理化学特性已在先前的研究中进行了全面分析（Villacorta等人，2023年，2025年）。扫描电子显微镜（SEM）的结果显示，这些颗粒表面具有异质性，其中含有富钛成分。
结论
本研究全面描述了真实微塑料/纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）在人类肺细胞（BEAS-2B）中的急性和长期效应，揭示了它们吸入暴露后的潜在健康风险。结果表明，急性暴露会引发轻微的氧化和炎症反应及可检测的DNA链断裂，但无明显细胞毒性；而长期暴露则导致基因组不稳定性的持续增加、细胞因子表达的变化等。
未引用参考文献
Gutiérrez-García等人，2024年；Barguilla等人，2022年
CRediT作者贡献声明
米歇尔·莫拉塔亚-雷耶斯（Michelle Morataya-Reyes）：撰写初稿、方法设计、实验实施。阿里罗·维拉科塔（Aliro Villacorta）：方法设计、实验实施。琼·马丁-佩雷斯（Joan Martín-Perez）：实验实施、数据管理。艾琳·巴尔吉利亚（Irene Barguilla）：方法设计、实验实施。劳拉·鲁比奥（Laura Rubio）：实验监督。拉克尔·埃赫亚（Raquel Egea）：方法设计。里卡德·马科斯（Ricard Marcos）：撰写、审稿与编辑、实验监督。阿尔芭·埃尔南德斯（Alba Hernández）：撰写、审稿与编辑、实验监督、资金申请、概念构思。
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。
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：
致谢
本项目（PlasticHeal）获得了欧盟“地平线2020”研究与创新计划（项目编号965196）的资助。本研究部分得到了西班牙科学与创新部（项目编号PID2020–116789，RB-C43）和加泰罗尼亚自治区政府（项目编号2021-SGR-00731）的支持。
米歇尔·莫拉塔亚-雷耶斯（Morataya-Reyes）和琼·马丁-佩雷斯（Joan Martín-Pérez）获得了加泰罗尼亚自治区政府的博士奖学金（分别为FI（2022年）和FI_SDUR（2021年）。
