《Journal of Environmental Sciences》：Acute and long-term effects of titanium-doped polyethylene terephthalate nanoplastics in human bronchial epithelial cells
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本研究以来源于含二氧化钛添加剂的PET饮料瓶降解产生的钛掺杂PET纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）为模型，评估其对人体支气管上皮细胞（BEAS-2B）的急性（24-48小时）和长期（8-15周）暴露效应。结果表明，急性暴露引发轻微氧化应激和DNA链断裂，而长期暴露导致基因组稳定性持续下降、细胞炎症信号异常及迁移/侵袭能力增强，提示长期暴露可能通过动态调节磷酸H2AX和致癌相关蛋白通路促进早期癌变表型。该研究为纳米塑料长期健康风险评估提供了新证据。
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）|阿尔巴·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效应生物标志物。在本研究中，我们使用了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。这些纳米塑料来源于含有二氧化钛（TiO?）纳米颗粒的不透明聚对苯二甲酸乙二醇酯瓶子的降解过程。为了模拟人体暴露情况，我们在非肿瘤性人支气管上皮细胞（BEAS-2B）中评估了急性（24–48小时）和长期（8–15周）暴露的影响。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（如无锚定生长、迁移和侵袭能力）。急性暴露引发了轻微的氧化应激和炎症反应，并伴有可检测到的DNA链断裂。相比之下，慢性暴露导致了持续的基因组不稳定、细胞因子和致癌信号通路的改变，以及早期癌变特征的出现。值得注意的是，在15周后，PET(Ti)-NPLs引发了持续的DNA损伤、H2AX组蛋白磷酸化的动态变化、细胞因子和癌症相关蛋白谱型的改变，以及增强的迁移和侵袭行为，即使在没有无锚定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能够在人支气管上皮细胞中诱发时间依赖性的、类似癌变的表型，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。随着年塑料产量的从2000年的2.34亿吨增加到2019年的4.6亿吨，全球年塑料垃圾量也从1.56亿吨增加到了3.53亿吨。塑料垃圾处理不当导致这些材料进入环境，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，而塑料的普及性和耐久性正是它们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，以及相关的不良健康影响（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，它们在室内外空气及城市地区都能被检测到（Rahman等人，2021年），并且其大气沉降也得到了证实（Wright等人，2020年）。这些发现表明吸入是接触微塑料/纳米塑料的主要途径。正如预期的那样，大气中含量较高的微塑料/纳米塑料通常是日常生活中常用的塑料，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）制品（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微塑料/纳米塑料（如纯净的PE和PS）作为模型，这些模型并不能代表由塑料制品降解产生的环境中的微塑料/纳米塑料。需要记住，在生产塑料制品的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使用而备受关注（Le等人，2023年）。这些添加剂包括内分泌干扰化学物质（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，在组织中积累并破坏细胞稳态（Li等人，2024年）。因此，使用来自真实塑料制品的具有代表性的微塑料/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。大多数研究集中在急性暴露上，可能忽略了长期的细胞反应，如适应、累积损伤或表型转变。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可引发氧化应激、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塑料瓶降解产生的真实微塑料并进行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一个关键因素，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，但同时研究急性暴露和长期暴露的研究却很少。为了填补这一知识空白，我们将人支气管上皮细胞（BEAS-2B）暴露于掺钛的PET纳米塑料（PET(Ti)-NPLs）中，时间分别为24/48小时和15周，以此作为具有环境代表性的微塑料模型。这些微塑料来源于含有二氧化钛（TiO?-NPs）添加剂的不透明PET塑料瓶的降解产物。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微塑料已存在于肺组织中，这强调了吸入作为主要暴露途径的潜在健康风险（Jenner等人，2022年）。因此，本研究使用人支气管上皮细胞（BEAS-2B）作为目标细胞模型。真实的塑料制品中包含多种添加剂，而这些添加剂的潜在危害性尚未得到充分研究。为了研究现实生活中的微塑料/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。暴露对细胞活力、氧化应激、炎症、上皮-间充质转化等指标的影响为评估微塑料/纳米塑料的健康风险提供了重要见解，对制定监管策略具有重要意义。
部分内容摘要
PET(Ti)-NPLs的制备与表征
PET(Ti)-NPLs是根据Villacorta等人（2023年）发布的方案，从含有二氧化钛（TiO?-NPs）添加剂的市售不透明PET瓶中制备得到的。制备过程包括机械打磨和物理化学分散步骤，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）以及ζ电位测定等。
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）添加剂的消费级PET瓶的降解产物，属于具有环境真实性的二次微塑料/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详细分析（Villacorta等人，2023年，2025年）。扫描电子显微镜（SEM）的结果显示其表面具有异质性，且富含钛元素。
结论
本研究全面描述了真实PET(Ti)-NPLs在人肺细胞（BEAS-2B）中的急性和长期效应，为了解其吸入暴露后的潜在健康风险提供了新的见解。结果表明，虽然急性暴露仅引发轻微的氧化应激和炎症反应以及可检测到的DNA链断裂，但长期暴露会导致基因组不稳定性的持续增加，以及细胞因子表达的变化。
未引用的参考文献
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、方法学设计、实验实施。阿里罗·维拉科塔（Aliro Villacorta）：方法学设计、实验实施。琼·马丁-佩雷斯（Joan Martín-Perez）：实验实施、数据整理。艾琳·巴尔吉利亚（Irene Barguilla）：方法学设计、实验实施。劳拉·鲁比奥（Laura Rubio）：实验监督。拉克尔·埃赫亚（Raquel Egea）：方法学设计。里卡德·马科斯（Ricard Marcos）：撰写、审稿与编辑、实验监督。阿尔巴·埃尔南德斯（Alba Hernández）：撰写、审稿与编辑、实验监督、资金争取、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或个人关系可能被视为潜在的利益冲突：
致谢
该项目（PlasticHeal）获得了欧盟“地平线2020”研究与创新计划的资助（授权协议编号965196）。本研究部分得到了西班牙科学与创新部（授权编号PID2020–116789，RB-C43）和加泰罗尼亚自治区政府（授权编号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提供的博士奖学金（FI）。
