背景介绍：微塑料和纳米塑料由于体积小、比表面积大、生物渗透性强、易被吸收等特性，对生物体的健康造成了严重威胁。目前聚苯乙烯微塑料和纳米塑料对陆地生物影响的研究特别是对呼吸系统的毒理学研究较少。因此，探究聚苯乙烯微纳米塑料对人体肺癌细胞的行为和影响有助于更好地了解它们对生物体的潜在危害，从而预防一些疾病的风险。近日，西安电子科技大学王福教授课题组（中科院医学二区）在 International Journal of Nanomedicine. 2022, 17:4509-4523. （IF 7.033）上发表了题为 “Cytotoxicity and Genotoxicity of Polystyrene Micro- and Nanoplastics with Different Size and Surface Modification in A549 Cells”（ID 381776）的研究成果。该研究主要对不同尺寸（2 μm 和 80 nm）及不同表面修饰（氨基和羧基功能化）的聚苯乙烯微、纳米塑料在 A549 细胞中的细胞毒性与遗传毒性进行了评价。

研究的主要内容介绍：首先，该研究对 5 种球形聚苯乙烯微、纳米塑料（PS-MPs (2 μm)，PS-NPs (80 nm)，红色荧光修饰的 PS (80 nm)、PS-NH₂ (80 nm) 和 PS-COOH (80 nm)）在不同溶液中的 Zeta 电势和水动力粒径进行了测定，证实了这 5 种聚苯乙烯颗粒在不同溶液中均带负电荷的物理特性与较好的分散性。接着通过流式细胞术检测了 A549 细胞内化聚苯乙烯塑料的效率，结果表明聚苯乙烯纳米塑料的表面功能化促进了 A549 细胞的内化过程，这一结果也通过激光共聚焦显微镜成像得到了进一步的证实（图2）。接下来，作者对 5 种聚苯乙烯塑料的细胞毒性进行了评价，发现较小尺寸以及具有表面修饰的纳米塑料在一定浓度范围内会引发细胞毒性，尤其是氨基修饰的纳米塑料 PS-NH₂ 细胞毒性作用最为严重。

随后，作者通过微核形成实验对 5 种聚苯乙烯塑料的遗传毒性进行了研究（图 3）。结果显示与 2 μm 的 PS-MPs 相比，80 nm 的 PS-NPs 处理后的细胞微核诱导明显增强且呈剂量依赖性增加，表明 PS-NPs 对 A549 的遗传毒性大于 PS-MPs；3 种红色荧光修饰的 PS-NPs 都对微核的诱导有显著的剂量依赖性，但表面功能化的纳米塑料，特别是 PS-NH₂ 对 A549 的遗传毒性大于未功能化的 PS，这与细胞活力的实验结论一致。最后还对 5 种聚苯乙烯塑料孵育细胞后产生的活性氧积累进行了测定。结果表明 PS-NPs 比 PS-MPs 引发更大的氧化损伤，并且在较高的孵育浓度（100 μg/mL）下，PS-NH₂ 引起的氧化损伤比 PS 或 PS-COOH 更严重。此外，活性氧的产生在较短的时间内上升，但会随着时间的不断延长而减少。

小结：在这项工作中，作者证实了聚苯乙烯塑料的固有尺寸特性和表面改性及细胞内积累是评价聚苯乙烯微、纳米塑料对人体毒理学影响的关键因素。该研究为聚苯乙烯微、纳米塑料在人肺细胞中的行为和影响提供了依据，为聚苯乙烯微、纳米塑料的健康风险评估提供了新的思路。

王福教授课题组的博士研究生施潇蕊为该论文的第一作者，王福教授及宁蓬勃副教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、陕西省杰出青年科学基金等项目的资助。

Keywords: microplastics, nanoplastics, surface functionalization, cytotoxicity, genotoxicity, oxidative damage