纳米塑料对免疫系统的影响：基于单细胞质谱的新型检测与内吞分析

引言：

随着塑料污染的加剧，纳米塑料（NPs）逐渐被发现进入人体内并积累在血液中，尤其是通过饮用水、空气和食物链暴露。尽管其对人体的危害性已引起广泛关注，但NPs对免疫细胞的影响以及在体内的分布特性仍不完全清楚。本文利用钯掺杂聚苯乙烯纳米颗粒（PS-Pd NPs）作为模型，通过单细胞质谱技术（CyTOF）深入研究了NPs对免疫细胞的毒性和内化效应，揭示了NPs的潜在免疫调节作用和健康风险​。

正文：

1. NPs对免疫细胞亚群的影响

本文首先对不同尺寸的PS-Pd NPs（50-200 nm）进行了物理化学特性分析，并研究了其在外周血单个核细胞（PBMC）中的作用。实验发现，大尺寸（200 nm）的PS-Pd NPs对单核细胞和树突状细胞表现出更强的毒性作用，而小尺寸NPs对细胞的影响相对较小，且与吞噬作用活跃的免疫细胞亚群相关​。研究流程（图1）显示了50 ~ 200 nm聚苯乙烯纳米塑料（PS NPs）和金属掺杂聚苯乙烯纳米塑料（PS- pd NPs外壳）在外周血单个核细胞和全血上的生物学特性。作者通过体外单细胞质量细胞术（CyTOF）评估了NP对多达30种人类血液免疫细胞类型的影响。

图1. 研究工作流程。

2. 细胞功能和免疫激活的变化

通过分析NPs暴露后细胞活性和炎症标记物的变化，研究显示200 nm PS-Pd NPs能够诱导单核细胞中IL-6、TNF-α等炎症因子的高表达，表明较大尺寸的NPs具有更强的促炎潜力。与未处理组相比，暴露于200 nm NP的T细胞和B细胞中HLA-DR和CD25等激活标记物显著增加，进一步证实了NPs对免疫系统的潜在干扰​（图2）。

图2. 外周血单核细胞亚群在单细胞水平上的细胞活力和功能特征。

如图3a、b所示，血液中暴露于500 μg mL⁻¹的PS-Pd NPs可显著降低单核细胞的细胞活力。如图3c，d所示，在单细胞水平上成功检测到PS-Pd NPs，揭示了它们与所鉴定的所有免疫细胞亚群的相互作用。随后，研究了NP摄取与单核细胞和嗜酸性粒细胞细胞活力的影响之间可能的相关性，因为它们代表了受人类血液暴露于NP影响的主要人群（图3e）。NPs相关性的增加与所有单核细胞亚群中细胞活力的降低有关。有趣的是，只有一小部分死细胞没有与NPs相关，这表明这种关联在它们的毒性作用中起着核心作用。

图3. PS-Pd NPs对免疫细胞的影响及其活力与摄取的相关性。在21个不同的免疫细胞亚群中，用10-500 μg mL⁻¹ PS-Pd NPs处理人全血24 h或不处理。

3. PBMC中的NPs内化与细胞毒性

PS-Pd NPs在PBMC不同免疫细胞亚群中成功检测到，特别是在单核细胞、树突状细胞和记忆B细胞中显示出高水平内化。钯信号追踪实验揭示NPs的浓度依赖性内化特征，即浓度越高，NPs在各免疫细胞中的分布和累积越显著，证实了NPs在血液中长时间存在的可能性及其对细胞存活的负面影响​。

总结：

本研究首次利用CyTOF技术从单细胞水平揭示了纳米塑料对免疫系统的多层次影响。结果表明NPs暴露可诱发炎症反应并干扰细胞功能，尤其对吞噬活性高的细胞亚群影响更为显著。该研究为评估纳米塑料的潜在健康风险和环境危害提供了重要参考​。

参考文献：

Fusco, Laura, et al. "Nanoplastics: Immune Impact, Detection, and Internalization after Human Blood Exposure by Single-Cell Mass Cytometry." Advanced materials: e2413413.