近日，生态环境部华南环境科学研究所（生态环境部生态环境应急研究所）生态环境部环境污染健康风险评估重点实验室胡国成、于云江团队在环境科学领域知名期刊Environmental Science & Technology（中科院一区Top期刊，影响因子：12.2）发表文章“Photoaging of Facial Scrub Microbeads Causes Neurobehavioral Impairment in Zebrafish Larvae through Mitochondrial Dysfunction and Neurotransmission Disruption”。华南所（应急所）丁平为第一作者，胡国成、于云江为通讯作者。论文 DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c05394。
成果简介
塑料微珠是个人护理产品中典型的初生微塑料，由于粒径较小，使用后会随生活污水排放进入水环境。当塑料微珠进入自然环境后，会持续经受光辐照、氧化、机械磨损等环境老化作用，其理化性质与生物毒性均可能发生变化。本研究以个人护理产品来源的微塑料为研究对象，通过室内模拟光老化实验，系统解析了其理化性质的演化规律，同时以斑马鱼为模式生物，评估了光老化改性微塑料对生物早期神经行为发育的毒性效应。研究结果表明，光老化过程可显著提升微塑料的自由基反应活性与化学组分释放能力，且光老化个人护理产品来源微塑料可通过诱导线粒体功能障碍、神经递质稳态失衡及神经发育损伤，导致斑马鱼幼鱼出现神经行为异常。
图文导读
01光老化改变个人护理品来源微塑料表面性质和化学释放
本研究以个人护理产品来源微塑料（FS）为研究对象，开展模拟光照老化处理。表征结果显示，未老化FS表面平整致密，而光老化后表面粗糙、裂纹明显、粒径减小、且含氧官能团含量升高，表明微塑料发生了显著的氧化反应。同时，光老化作用诱导了持久性自由基（EPFRs）的累积，并增强了·OH、O₂·⁻及¹O₂等活性氧（ROS）的生成能力；浸出液分析进一步显示，老化处理促进了有机添加剂、转化产物及部分金属元素的释放。
图1 光老化前后形貌、自由基信号及浸出组分变化图
02 光老化增强个人护理品来源微塑料对斑马鱼幼鱼的神经毒性
在环境相关浓度的暴露条件下，经光老化处理的个人护理品来源微塑料会对斑马鱼幼鱼的神经行为产生显著影响，具体表现为尾部卷曲频率下降、明暗刺激下游泳速度降低、开放场探索行为减弱，且毒性效应随光老化时间延长而增强。同时，暴露组斑马鱼的孵化率、畸形率和体长均未出现显著异常，说明上述行为变化主要反映功能性神经毒性，而非一般发育迟缓或形态畸形导致。
图2.不同光老化时间微珠暴露后斑马鱼幼鱼行为变化
03 浸出组分与自由基反应共同驱动毒性增强
为探究光老化个人护理产品来源微塑料毒性增强的原因，本研究进一步设置微塑料浸出液暴露实验、抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）干预实验与粒径相近的惰性颗粒对照实验开展研究，区分浸出组分、自由基反应和颗粒负荷对毒性增强的贡献。实验结果显示，微塑料浸出液可诱导斑马鱼幼鱼产生行为异常，经抗氧化剂处理后该毒性效应可得到部分缓解，而惰性颗粒暴露未引发类似毒性作用。这表明，光老化微塑料的毒性增强并非单纯由颗粒负荷效应所致，而是与浸出组分释放量增加及自由基介导的相关反应的共同作用密切相关。
04 光老化个人护理品来源微塑料干扰神经发育和神经递质稳态
转录组学分析结果表明，斑马鱼幼鱼中与线粒体功能、能量代谢、突触调控及化学突触传递相关的基因通路发生显著改变。对Tg(huc:GFP)和Tg(hb9:GFP)转基因斑马鱼进行成像观察发现，光老化微塑料暴露会降低其中枢神经系统与运动神经元的荧光信号，提示神经发育受到抑制；乙酰胆碱、5-羟色胺及γ-氨基丁酸等神经递质水平出现紊乱；同时，多种神经发育、轴突生长和突触功能相关基因表达下调，提示光老化微塑料可通过干扰神经发育和神经信号传递，进一步影响幼鱼行为功能。
图3. 转录组学结果
图4. 原始和光老化FS对斑马鱼幼鱼神经元发育和神经传递的影响
05 线粒体功能障碍是关键机制环节
神经系统发育和行为调控高度依赖线粒体提供能量。研究发现，光老化微塑料暴露后，斑马鱼幼鱼脑组织线粒体出现明显肿胀、嵴结构紊乱和膜完整性受损等超微结构异常。与此同时，细胞内ROS和细胞色素 c 释放增加，ATP 含量和 NAD+/NADH 比值下降，线粒体电子传递链相关基因（ndufb8、sdha、uqcrc1 和 cox4i1）表达受到抑制。
图5. 原始和光老化FS对斑马鱼幼鱼线粒体功能的影响
为明确线粒体功能障碍在光老化个人护理品来源微塑料诱导神经行为毒性中的作用机制，本研究采用线粒体靶向抗氧化剂MitoQ开展干预实验。实验结果显示，MitoQ可显著改善该类微塑料诱导的斑马鱼幼鱼尾部卷曲频率下降、开放场探索行为异常以及ROS累积，并可部分恢复中枢神经元的荧光信号水平。进一步证实，线粒体功能损伤并非该毒性过程中的继发性伴随效应，而是光老化个人护理品来源微塑料诱发斑马鱼幼鱼神经行为损伤的关键调控环节。
作者简介
第一作者，丁平，华南所（应急所）环境健康研究中心助理研究员。长期从事新污染物环境行为及生态毒理等方面工作，以第一/通讯作者在ES&T、JHM等环境领域高质量期刊发表学术论文10余篇；申请发明专利5件。
通讯作者，胡国成，华南所（应急所）科技管理处处长、正高级工程师，研究生导师，主要从事环境污染毒理、环境健康风险评价与管理、新污染物环境归趋与生物富集研究。主持或参与国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、国家环保公益性科研专项、生态环境部部门预算项目等国家级和省部级科研项目20余项。近年来，在EST、EI、JHM等学术期刊发表论文160余篇，其中SCI收录60多篇；参与制定国家环境保护标准2项，参与出版著作3部；申请发明专利4件；荣获省部级奖项2项。
通讯作者，于云江，上海交通大学环境科学与工程学院院长、讲席教授，生态环境部华南环境科学研究所原副所长、特聘专家。担任中国环境科学学会环境风险专业委员会主任、生态环境部环境污染健康风险评价重点实验室主任、Hygiene and Environmental Health Advances主编；为中国工程院院士有效候选人、全国创新争先奖状获得者、杰出工程师奖获得者、中国环境科学学会首届会士、国务院政府特殊津贴专家和“广东特支计划”杰出人才（南粤百杰）。 长期在环境与健康领域开展研究工作。发表学术论文400余篇，出版专著14部，制定标准规范30余项，获授权发明专利100余项；获省部级以上科学技术奖13项，其中以第一完成人获国家科学技术进步奖二等奖2项。
（环境健康研究中心 丁平供稿）
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