《Stresses》：NF-κB-Associated Redox Signaling and Intrinsic Apoptotic Activation in Polystyrene Nanoplastic–Induced Testicular Toxicity and Modulatory Effects of Nelumbo nucifera
Putri Ayu Ika Setiyowati,
Febriyansyah Saputra,
Aulia Umi Rohmatika,
Farah Annisa Nurbani,
Mochammad Aqilah Herdiansyah,
Vuanghao Lim and
Alfiah Hayati
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聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）是新兴的环境污染物，其与男性生殖毒性的关联日益受到关注；然而，睾丸损伤的分子机制仍不清楚。本研究评估了大鼠暴露于PS-NPs 55天后的相关睾丸损伤，并评估了莲（Nelumbo nucifera）叶、花和根茎提取物及槲皮素作为参
聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）是新兴的环境污染物，其与男性生殖毒性的关联日益受到关注；然而，睾丸损伤的分子机制仍不清楚。本研究评估了大鼠暴露于PS-NPs 55天后的相关睾丸损伤，并评估了莲（Nelumbo nucifera）叶、花和根茎提取物及槲皮素作为参考的调节作用。PS-NP暴露减少了生精细胞数量、睾丸和附睾重量以及精子活力。这些变化伴随着NOX4和NF-κB表达的增加，内源性凋亡相关基因（Tp53、Bax、Caspase-9和Caspase-3）的上调，caspase-3和caspase-9蛋白水平的升高，以及cleaved caspase-3免疫活性的增强。相反，Fas和Caspase-8下调，证实了内源性线粒体凋亡途径的激活。PS-NP暴露还改变了生殖激素受体表达（LHr、FSHr和AR），并导致染色质调节基因失调，表现为Dnmt1、Dnmt3a和Ehmt2（G9a）增加，以及Hdac1和Ep300减少。与莲共给药可减轻大部分上述改变，其中根茎提取物的保护作用最为显著。GO和PPI网络分析表明应激反应、凋亡和染色质修饰蛋白之间存在功能连接。对接模拟表明植物化学物质与凋亡相关蛋白存在相互作用。PS-NPs可能通过协调应激、凋亡、内分泌紊乱和表观遗传失调损害睾丸稳态，对人类男性生殖健康具有潜在影响，而莲显示出作为保护性调节剂的潜力。
该论文题为《NF-κB-Associated Redox Signaling and Intrinsic Apoptotic Activation in Polystyrene Nanoplastic–Induced Testicular Toxicity and Modulatory Effects of Nelumbo nucifera》，由Putri Ayu Ika Setiyowati等学者合作完成，发表于《Stresses》期刊。研究聚焦于环境污染物聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）对男性生殖系统的毒性机制及天然植物莲（Nelumbo nucifera）的干预作用。
当前，塑料污染导致的微纳塑料颗粒在环境中广泛分布，其因纳米尺度特性易在体内富集并对生殖系统造成潜在威胁。尽管已有研究提示纳米塑料可能导致生殖功能障碍，但其通过氧化还原应激、炎症信号及表观遗传调控引发睾丸损伤的具体分子网络尚未阐明。为此，研究人员构建了大鼠模型，通过55天的PS-NPs灌胃暴露实验，结合转录组学、蛋白质组学及生物信息学分析，系统揭示了PS-NPs诱导睾丸毒性的多通路协同机制，并评估了莲不同器官提取物的保护效能。
在技术方法上，研究采用雄性Wistar大鼠（n=48）随机分为对照组、PS-NPs暴露组、PS-NPs+槲皮素组及莲叶、花、根茎提取物干预组。通过苏木精-伊红（H&E）染色评估生精小管组织学结构；利用实时荧光定量PCR（qPCR）检测NOX4、NF-κB、凋亡相关基因及染色质调节因子的mRNA水平；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定caspase-3和caspase-9蛋白浓度；通过免疫组织化学（IHC）定位NF-κB和cleaved caspase-3的表达分布；借助STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络构建及基因本体（GO）富集分析；并运用分子对接技术模拟莲活性成分与靶蛋白的结合模式。
研究结果显示：
在“PS-NPs诱导生殖参数改变及莲的缓解作用”部分，PS-NP暴露导致大鼠终末体重、附睾及睾丸脏器系数显著降低，精子前向运动能力下降。莲提取物共处理可部分恢复上述指标，其中根茎组改善效果最佳。
在“PS-NP暴露破坏生精结构及莲的缓解作用”部分，组织学分析表明PS-NPs引起生精小管结构紊乱、生精细胞层状排列消失及细胞密度降低，定量显示精原细胞、精母细胞和精子细胞数量减少。莲提取物显著提升了生精细胞计数，根茎组接近正常对照组水平。
在“PS-NP暴露升高NF-κB免疫活性及转录水平”部分，免疫组化显示PS-NP组NF-κB阳性信号在间质区及基底膜周围显著增加，基因表达水平上调，同时伴随NOX4转录升高。莲处理降低了NF-κB的免疫活性和基因表达。
在“PS-NP相关NOX4表达上调及莲的缓解作用”部分，证实了PS-NPs显著诱导NOX4基因表达，莲提取物（尤其是根茎和花）有效抑制了该氧化酶的转录激活。
在“PS-NPs诱导睾丸凋亡及莲的缓解作用”部分，基因表达谱显示内源性凋亡通路基因（Tp53、Bax、Caspase-9、Caspase-3）上调，外源性通路基因（Fas、Caspase-8）下调。蛋白层面，cleaved caspase-3免疫活性及caspase-3/9蛋白浓度均升高，表明线粒体凋亡途径被激活。莲干预逆转了这些凋亡标志物的异常表达。
在“PS-NP诱导生殖激素受体基因表达改变”部分，PS-NPs降低了黄体生成素受体（LHr）、卵泡刺激素受体（FSHr）和雄激素受体（AR）的mRNA水平，提示内分泌信号受损，莲根茎提取物可使其表达恢复至近正常水平。
在“PS-NP相关染色质调节基因失调”部分，PS-NPs导致DNA甲基化相关酶（Dnmt1、Dnmt3a）和组蛋白甲基转移酶（Ehmt2/G9a）上调，而去乙酰化酶（Hdac1）和乙酰基转移酶（Ep300）下调，表明表观遗传调控网络失衡，莲处理对此具有校正作用。
在“GO研究与网络整合”部分，GO分析富集到应激反应、凋亡信号、DNA甲基化及精子发生等生物学过程。PPI网络显示Tp53处于核心枢纽地位，连接NOX4/NF-κB应激节点与凋亡介质及染色质调节因子，证实了多通路间的功能偶联。
在“分子对接”部分，对接模拟显示莲中的山奈酚-3-葡萄糖醛酸苷（kaempferol-3-glucuronide）与NF-κB、caspase-9及caspase-3具有较低的结合能，提示其可能作为活性成分发挥作用。
讨论部分总结指出，PS-NP暴露通过激活NOX4-ROS-NF-κB信号轴，触发内源性线粒体凋亡级联反应，同时扰乱生殖激素受体介导的内分泌信号及染色质修饰酶的表达，最终导致生精稳态失衡。莲（特别是根茎）提取物凭借其丰富的黄酮类及抗氧化成分，能够多靶点干预上述病理过程，其保护效应超越了单纯的抗氧化作用，涉及对转录调控网络和凋亡执行的系统性调节。该研究为环境纳米塑料暴露引起的男性生殖健康风险提供了机制性证据，并确立了莲作为一种潜在的多功能膳食补充剂在缓解环境生殖毒素方面的应用前景。
