編者按
微納米塑料（Micro- and Nanoplastics, MNPs）在環境和日常產品中無處不在，其危險性已引起全球關注。然而，微納米塑料慢性暴露對人類行為、視覺變化的影響及其潛在機制尚不清楚。
近期，環特生物長期合作伙伴——浙江省模式生物技術與應用重點實驗室、溫州醫科大學的陳將飛副研究員團隊聯合中科院生態環境研究中心國家重點實驗室連續發表3篇TOP一區環境毒理學論文。今天，我們分享2025年4月12日該研究團隊發表在國際權威期刊《Journal of Hazardous Materials》上的一項研究成果。該研究探討了在0.1mg/L的環境相關濃度下，直徑為80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）對斑馬魚視覺行為的影響，揭示了PS誘導的視覺毒性和神經行為變化的分子機制，表明MNPs可能會影響視覺健康。
文章題目
Polystyrene nanoplastics chronic exposure cause zebrafish visual neurobehavior toxicity through TGFβ-crystallin axis
雜志：Journal of Hazardous Materials（IF=12.6，中科院1區TOP）
發表時間：2025年4月12日
作者：沈寶國、吳文燦、宋楊、陳將飛等
單位：溫州醫科大學公共衛生學院，中科院生態環境研究中心國家重點實驗室合作發表等
圖1 圖示摘要
01、研究亮點
• 首次揭示聚苯乙烯（PS）慢性暴露會誘導斑馬魚視覺毒性和行為改變；
• 父代聚苯乙烯（PS）暴露會影響下一代視覺發育；
• PS在視網膜中積聚，會損害眼睛結構及功能；
• PS會引起TGFβ-晶狀體蛋白軸失調，影響視覺感知和晶狀體發育。
02、研究背景
當前，塑料制品的廣泛使用及廢棄物管理不足，導致環境中普遍存在微納米塑料（Micro- and Nanoplastics, MNPs）污染，并對生態系統和野生動物造成了重大危害。
作為全球新興的持久性污染物，MNPs可以在環境中持續存在數百年，并廣泛存在于水體、土壤和空氣中。MNPs可以通過攝食、吸入和皮膚接觸等進入生物體或人體，甚至可以穿過生物屏障，如腸粘膜屏障、血腦屏障和胎盤屏障等。MNPs也經常在人體組織中被檢測到，也可能會穿過哺乳動物的血睪屏障（BTB）和血-卵泡屏障（BFB），通過影響精子或卵細胞造成生殖毒性。
已有研究表明，在小鼠和魚類中，MNPs會造成代際毒性轉移。在喂食后2小時內，納米塑料就能到達小鼠大腦；另一研究表明，飲用水會使微納米塑料在小鼠視網膜組織中積聚；最近的研究還發現，微納米塑料（MNPs）也存在于人類玻璃體液、淚液和瞼板中。微納米塑料（MNPs）污染物在生物體和人眼內的滲透，表明需要進一步系統性探討其對眼部健康的潛在影響。
由于微納米塑料（MNPs）不可生物降解，導致其在人體組織中積累，并可能導致各種健康問題，如氧化應激、細胞凋亡、炎癥及神經與生殖系統失調等。眼表直接暴露于外部環境，已被廣泛認為是多種污染物的致敏目標，如PM2.5顆粒物、微納米塑料（MNPs）等。
已有研究報告指出，10mg/L的MNPs通過干擾代謝譜，導致子代小鼠視網膜發育及功能缺陷。輪胎磨損顆粒（TEPs，屬于MNPs）浸出液暴露（50-200g/L）會導致魚類嚴重眼部損傷。MNPs（1毫克/升）的滴眼液會刺激小鼠眼表炎癥和細胞凋亡，25μg/mL的MNPs可顯著降低角膜和結膜上皮細胞活力。通過飲用水長期接觸MNPs，會導致小鼠學習、記憶功能障礙，并誘發神經毒性。MNPs對各種生物體的視覺系統和神經行為的影響越來越明顯。然而，MNPs慢性暴露誘導的視覺毒性及其潛在機制仍需進一步探究。
作為一種在全球范圍內廣泛使用的非生物降解塑料，聚苯乙烯（PS）因其在海水懸浮液中的高穩定性、苯乙烯釋放量少等優點而被選為MNPs的替代品。已有研究探究了聚苯乙烯（PS）對水生生物的有害影響。相關研究表明，MNPs的毒性和生物活性很大程度上取決于其物理化學特性，如粒徑、形狀、類型和表面官能團等。例如，在斑馬魚胚胎中，納米塑料（NPs）誘導的死亡率顯著高于微塑料( MPs )；納米塑料（NPs）影響了魚的行為，而微塑料( MPs )則減緩了魚的生長發育?，F有結果表明，納米塑料（NPs）暴露會影響斑馬魚胚胎或幼魚的生理、生長和行為，然而，環境中相對較低的納米塑料（NPs）慢性暴露引起的非致畸行為、視覺毒性對生態系統風險評估也非常重要。
本研究旨在利用斑馬魚模型探究三種不同的聚苯乙烯（PS）對斑馬魚視覺行為的影響。研究發現，暴露于PS的斑馬魚，PS在斑馬魚胚胎眼部區域積聚，并在光刺激下抑制了幼魚游泳距離。在低濃度0.5mg/L下，PS慢性暴露30天后，斑馬魚通過過氧化物酶體增殖物激活受體，造成生殖毒性，但對魚的生長沒有影響。本研究中，研究人員系統性評估了斑馬魚在45天內長期暴露于0.1mg/L聚苯乙烯（PS）的行為結果。
斑馬魚是研究眼部毒性、行為毒性的優秀模型，本研究中利用斑馬魚監測評估了斑馬魚成魚的個體行為、子代行為及其趨光性等，并進一步評估了聚苯乙烯（PS）暴露對眼組織病理學改變、視動反應（OKR）和聚苯乙烯納米塑料顆粒對視網膜組織分布的影響。
為了進一步闡明斑馬魚視覺功能障礙的分子機制，研究人員對斑馬魚眼組織進行轉錄組學和基因表達分析，通過深入評估PS誘導的視覺毒性和神經行為變化的分子機制，表明MNPs可能會影響視覺健康。
實驗結果發現，暴露于PS會導致斑馬魚視力下降、多動、攻擊性增強、社交能力減弱等，尤其會抑制斑馬魚視動反應（OKR）、趨光行為，其中500nm的聚苯乙烯（PS）毒性最強。組織病理學分析顯示，500nm的PS對視網膜色素上皮（RPE）、感光細胞（PRC）和晶狀體會造成顯著的結構性損傷。熒光觀察發現，聚苯乙烯在視網膜層的積累與視神經少突膠質細胞轉錄因子2（Olig2）的減少有關。
進一步轉錄組分析表明，500nm的聚苯乙烯影響轉化生長因子β（TGFβ）和光傳導信號通路，使視覺感知失調并影響晶狀體發育，從而可能導致斑馬魚視力障礙。具體而言，TGFβ及其調節的細胞外基質、炎癥因子和晶體蛋白基因表達增加，但視覺感知基因表達下降，表明TGFβ晶狀體蛋白軸紊亂與PS暴露引起的眼部功能障礙有關。
03、研究結果
1. 聚苯乙烯（PS）誘導成年斑馬魚多動與社會行為缺陷
在45天的慢性暴露下，研究人員評估了直徑為80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）對斑馬魚行為的影響（圖2）。結果發現，三種PS暴露均顯著增加了成年斑馬魚在光照期、黑暗期的游泳距離（p<0.05，圖1B），且PS暴露的斑馬魚成魚成年人社交能力較差。
圖2 PS慢性暴露影響成年斑馬魚的行為
2. 聚苯乙烯（PS）干擾了子代斑馬魚的神經行為
研究人員評估了PS慢性暴露對子代胚胎及斑馬魚幼魚神經行為變化的影響（圖3）。研究表明，在直徑為80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）暴露下，斑馬魚胚胎的自發運動顯著減少，幼魚在光照期、黑暗期的游泳距離明顯增加，趨光性顯著下降。
此外，還評估了三種直徑暴露下的社交行為發現，在PS200（p < 0.001）和PS500（p < 0.05）中，交叉到中心的次數和在中心的時間都顯著增加。
圖3 PS慢性暴露影響子代神經行為
3. 聚苯乙烯（PS）在眼組織中積累并導致視覺功能障礙
在PS慢性暴露下，研究人員觀察到PS顆粒在視網膜中積聚。500nm的PS對視網膜色素上皮（RPE）、感光細胞（PRC）和晶狀體會造成顯著的結構性損傷，且斑馬魚視動反應（OKR）顯著降低。聚苯乙烯在視網膜層的積累與視神經少突膠質細胞轉錄因子2（Olig2）的減少有關。
圖4 PS慢性暴露影響眼運動和功能
4. 轉錄組及基因表達驗證分析聚苯乙烯（PS）對斑馬魚視覺的影響
為了闡明PS誘導的斑馬魚視覺與神經行為毒性的分子機制，研究人員對斑馬魚眼組織進行了轉錄組分析。進一步轉錄組分析表明，500nm的聚苯乙烯影響轉化生長因子β（TGFβ）和光傳導信號通路，使視覺感知失調并影響晶狀體發育，從而可能導致斑馬魚視力障礙。
具體而言，TGFβ及其調節的細胞外基質、炎癥因子和晶體蛋白基因表達增加，但視覺感知基因表達下降，表明TGFβ晶狀體蛋白軸紊亂與PS暴露引起的眼部功能障礙有關。
圖5 PS暴露改變了斑馬魚眼部轉錄組學表達
圖6 PS暴露干擾斑馬魚眼部TGFβ-晶體蛋白軸
04、編者點評
本研究探討了聚苯乙烯（PS）長期暴露對斑馬魚及其子代胚胎/幼魚的行為、視覺反應造成的影響。研究發現，聚苯乙烯（PS）暴露的斑馬魚表現出過度活躍、視力下降、攻擊性增強、社交能力減弱等，尤其會抑制斑馬魚視動反應（OKR）、趨光行為。這些行為變化與眼睛結構、功能的損傷、聚苯乙烯（PS）在視網膜區域的積聚相一致。
對眼組織進行轉錄組學及基因表達驗證分析顯示，TGFβ-晶狀體蛋白軸受到顯著影響，這可能闡明了聚苯乙烯（PS）污染引起的負面行為及視覺效應，揭示了聚苯乙烯（PS）污染對斑馬魚視覺系統的影響，表明MNPs可能會影響視覺健康。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！