编者按
微纳米塑料（Micro- and Nanoplastics, MNPs）在环境和日常产品中无处不在，其危险性已引起全球关注。然而，微纳米塑料慢性暴露对人类行为、视觉变化的影响及其潜在机制尚不清楚。
近期，环特生物长期合作伙伴——浙江省模式生物技术与应用重点实验室、温州医科大学的陈将飞副研究员团队联合中科院生态环境研究中心国家重点实验室连续发表3篇TOP一区环境毒理学论文。今天，我们分享2025年4月12日该研究团队发表在国际权威期刊《Journal of Hazardous Materials》上的一项研究成果。该研究探讨了在0.1mg/L的环境相关浓度下，直径为80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）对斑马鱼视觉行为的影响，揭示了PS诱导的视觉毒性和神经行为变化的分子机制，表明MNPs可能会影响视觉健康。
文章题目
Polystyrene nanoplastics chronic exposure cause zebrafish visual neurobehavior toxicity through TGFβ-crystallin axis
杂志：Journal of Hazardous Materials（IF=12.6，中科院1区TOP）
发表时间：2025年4月12日
作者：沈宝国、吴文灿、宋杨、陈将飞等
单位：温州医科大学公共卫生学院，中科院生态环境研究中心国家重点实验室合作发表等
图1 图示摘要
01、研究亮点
• 首次揭示聚苯乙烯（PS）慢性暴露会诱导斑马鱼视觉毒性和行为改变；
• 父代聚苯乙烯（PS）暴露会影响下一代视觉发育；
• PS在视网膜中积聚，会损害眼睛结构及功能；
• PS会引起TGFβ-晶状体蛋白轴失调，影响视觉感知和晶状体发育。
02、研究背景
当前，塑料制品的广泛使用及废弃物管理不足，导致环境中普遍存在微纳米塑料（Micro- and Nanoplastics, MNPs）污染，并对生态系统和野生动物造成了重大危害。
作为全球新兴的持久性污染物，MNPs可以在环境中持续存在数百年，并广泛存在于水体、土壤和空气中。MNPs可以通过摄食、吸入和皮肤接触等进入生物体或人体，甚至可以穿过生物屏障，如肠粘膜屏障、血脑屏障和胎盘屏障等。MNPs也经常在人体组织中被检测到，也可能会穿过哺乳动物的血睾屏障（BTB）和血-卵泡屏障（BFB），通过影响精子或卵细胞造成生殖毒性。
已有研究表明，在小鼠和鱼类中，MNPs会造成代际毒性转移。在喂食后2小时内，纳米塑料就能到达小鼠大脑；另一研究表明，饮用水会使微纳米塑料在小鼠视网膜组织中积聚；最近的研究还发现，微纳米塑料（MNPs）也存在于人类玻璃体液、泪液和睑板中。微纳米塑料（MNPs）污染物在生物体和人眼内的渗透，表明需要进一步系统性探讨其对眼部健康的潜在影响。
由于微纳米塑料（MNPs）不可生物降解，导致其在人体组织中积累，并可能导致各种健康问题，如氧化应激、细胞凋亡、炎症及神经与生殖系统失调等。眼表直接暴露于外部环境，已被广泛认为是多种污染物的致敏目标，如PM2.5颗粒物、微纳米塑料（MNPs）等。
已有研究报告指出，10mg/L的MNPs通过干扰代谢谱，导致子代小鼠视网膜发育及功能缺陷。轮胎磨损颗粒（TEPs，属于MNPs）浸出液暴露（50-200g/L）会导致鱼类严重眼部损伤。MNPs（1毫克/升）的滴眼液会刺激小鼠眼表炎症和细胞凋亡，25μg/mL的MNPs可显著降低角膜和结膜上皮细胞活力。通过饮用水长期接触MNPs，会导致小鼠学习、记忆功能障碍，并诱发神经毒性。MNPs对各种生物体的视觉系统和神经行为的影响越来越明显。然而，MNPs慢性暴露诱导的视觉毒性及其潜在机制仍需进一步探究。
作为一种在全球范围内广泛使用的非生物降解塑料，聚苯乙烯（PS）因其在海水悬浮液中的高稳定性、苯乙烯释放量少等优点而被选为MNPs的替代品。已有研究探究了聚苯乙烯（PS）对水生生物的有害影响。相关研究表明，MNPs的毒性和生物活性很大程度上取决于其物理化学特性，如粒径、形状、类型和表面官能团等。例如，在斑马鱼胚胎中，纳米塑料（NPs）诱导的死亡率显著高于微塑料( MPs )；纳米塑料（NPs）影响了鱼的行为，而微塑料( MPs )则减缓了鱼的生长发育。现有结果表明，纳米塑料（NPs）暴露会影响斑马鱼胚胎或幼鱼的生理、生长和行为，然而，环境中相对较低的纳米塑料（NPs）慢性暴露引起的非致畸行为、视觉毒性对生态系统风险评估也非常重要。
本研究旨在利用斑马鱼模型探究三种不同的聚苯乙烯（PS）对斑马鱼视觉行为的影响。研究发现，暴露于PS的斑马鱼，PS在斑马鱼胚胎眼部区域积聚，并在光刺激下抑制了幼鱼游泳距离。在低浓度0.5mg/L下，PS慢性暴露30天后，斑马鱼通过过氧化物酶体增殖物激活受体，造成生殖毒性，但对鱼的生长没有影响。本研究中，研究人员系统性评估了斑马鱼在45天内长期暴露于0.1mg/L聚苯乙烯（PS）的行为结果。
斑马鱼是研究眼部毒性、行为毒性的优秀模型，本研究中利用斑马鱼监测评估了斑马鱼成鱼的个体行为、子代行为及其趋光性等，并进一步评估了聚苯乙烯（PS）暴露对眼组织病理学改变、视动反应（OKR）和聚苯乙烯纳米塑料颗粒对视网膜组织分布的影响。
为了进一步阐明斑马鱼视觉功能障碍的分子机制，研究人员对斑马鱼眼组织进行转录组学和基因表达分析，通过深入评估PS诱导的视觉毒性和神经行为变化的分子机制，表明MNPs可能会影响视觉健康。
实验结果发现，暴露于PS会导致斑马鱼视力下降、多动、攻击性增强、社交能力减弱等，尤其会抑制斑马鱼视动反应（OKR）、趋光行为，其中500nm的聚苯乙烯（PS）毒性最强。组织病理学分析显示，500nm的PS对视网膜色素上皮（RPE）、感光细胞（PRC）和晶状体会造成显著的结构性损伤。荧光观察发现，聚苯乙烯在视网膜层的积累与视神经少突胶质细胞转录因子2（Olig2）的减少有关。
进一步转录组分析表明，500nm的聚苯乙烯影响转化生长因子β（TGFβ）和光传导信号通路，使视觉感知失调并影响晶状体发育，从而可能导致斑马鱼视力障碍。具体而言，TGFβ及其调节的细胞外基质、炎症因子和晶体蛋白基因表达增加，但视觉感知基因表达下降，表明TGFβ晶状体蛋白轴紊乱与PS暴露引起的眼部功能障碍有关。
03、研究结果
1. 聚苯乙烯（PS）诱导成年斑马鱼多动与社会行为缺陷
在45天的慢性暴露下，研究人员评估了直径为80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）对斑马鱼行为的影响（图2）。结果发现，三种PS暴露均显著增加了成年斑马鱼在光照期、黑暗期的游泳距离（p<0.05，图1B），且PS暴露的斑马鱼成鱼成年人社交能力较差。
图2 PS慢性暴露影响成年斑马鱼的行为
2. 聚苯乙烯（PS）干扰了子代斑马鱼的神经行为
研究人员评估了PS慢性暴露对子代胚胎及斑马鱼幼鱼神经行为变化的影响（图3）。研究表明，在直径为80、200、500nm的聚苯乙烯（PS）暴露下，斑马鱼胚胎的自发运动显著减少，幼鱼在光照期、黑暗期的游泳距离明显增加，趋光性显著下降。
此外，还评估了三种直径暴露下的社交行为发现，在PS200（p < 0.001）和PS500（p < 0.05）中，交叉到中心的次数和在中心的时间都显著增加。
图3 PS慢性暴露影响子代神经行为
3. 聚苯乙烯（PS）在眼组织中积累并导致视觉功能障碍
在PS慢性暴露下，研究人员观察到PS颗粒在视网膜中积聚。500nm的PS对视网膜色素上皮（RPE）、感光细胞（PRC）和晶状体会造成显著的结构性损伤，且斑马鱼视动反应（OKR）显著降低。聚苯乙烯在视网膜层的积累与视神经少突胶质细胞转录因子2（Olig2）的减少有关。
图4 PS慢性暴露影响眼运动和功能
4. 转录组及基因表达验证分析聚苯乙烯（PS）对斑马鱼视觉的影响
为了阐明PS诱导的斑马鱼视觉与神经行为毒性的分子机制，研究人员对斑马鱼眼组织进行了转录组分析。进一步转录组分析表明，500nm的聚苯乙烯影响转化生长因子β（TGFβ）和光传导信号通路，使视觉感知失调并影响晶状体发育，从而可能导致斑马鱼视力障碍。
具体而言，TGFβ及其调节的细胞外基质、炎症因子和晶体蛋白基因表达增加，但视觉感知基因表达下降，表明TGFβ晶状体蛋白轴紊乱与PS暴露引起的眼部功能障碍有关。
图5 PS暴露改变了斑马鱼眼部转录组学表达
图6 PS暴露干扰斑马鱼眼部TGFβ-晶体蛋白轴
04、编者点评
本研究探讨了聚苯乙烯（PS）长期暴露对斑马鱼及其子代胚胎/幼鱼的行为、视觉反应造成的影响。研究发现，聚苯乙烯（PS）暴露的斑马鱼表现出过度活跃、视力下降、攻击性增强、社交能力减弱等，尤其会抑制斑马鱼视动反应（OKR）、趋光行为。这些行为变化与眼睛结构、功能的损伤、聚苯乙烯（PS）在视网膜区域的积聚相一致。
对眼组织进行转录组学及基因表达验证分析显示，TGFβ-晶状体蛋白轴受到显著影响，这可能阐明了聚苯乙烯（PS）污染引起的负面行为及视觉效应，揭示了聚苯乙烯（PS）污染对斑马鱼视觉系统的影响，表明MNPs可能会影响视觉健康。
作为健康美丽产业CRO服务开拓者与引领者、斑马鱼生物技术的全球领导者，环特生物搭建了“斑马鱼、类器官、哺乳动物、人体”多维生物技术服务体系，开展健康美丽CRO服务、科研服务、智慧实验室搭建三大业务。目前，环特已建立200多种斑马鱼模型，胃癌、脑类器官、心脏类器官及各种肿瘤类器官培养平台，欢迎有需要的读者垂询！