微塑料在全世界累积、扩散和老化分解，影响海洋生物、动物和人类社区的日常活动。中国作为世界塑料生产和使用大国，面临着巨大的微塑料污染，未来微塑料污染将给中国城市居民带来不可忽视的潜在健康风险。

该文对比微塑料去除后的降尘（DF-S）、原降尘（DF-O）和微塑料本身的细胞毒性发现，保护性自噬水平有所恢复、细胞毒性明显降低，说明微塑料（MPs）的存在对细胞内稳态具有重要影响。进一步地，对降尘微塑料（DF-MPs）潜在生物毒性及自噬抑制机制进行了阐明，发现DF-MPs主要通过调节PI3K/Akt/mTOR信号通路调节自噬并激活凋亡程序，导致细胞氧化应激和炎症水平明显增加引起细胞毒性。

1. 降尘-微塑料（DF-MPs）的理化特征

图1  (A) 5个采样点降尘样品的收集过程。(B) DF-O和DF-S样品的场发射扫描电镜照片。

本研究通过水浮选法将DF-O中的MPs与其他成分（DF-S）进行分离。通过Pyr-GC/MS从中鉴定出了9种MPs/MRs。其次，DF-O和DF-S在MPs的形貌、数量、浓度、平均粒径和面积占比方面呈现出明显差别。场发射扫描电镜（FE-SEM）结果经数据统计发现，水浮选法处理样品可以把DF-O样品中大颗粒的MPs去除。该方法MPs的平均去除率为51.2%。

图2 DF-O和DF-S样品中MPs、MRs的含量对比。DF-O是原始降尘样品，DF-S除去MPs之后的样品。

2. 原降尘（DF-O）和微塑料去除后降尘（DF-S）的细胞毒性

图3 DF-O和DF-S样品有效浓度筛选以及两者对Raw264.7细胞活力的影响。(A)MTT法检测不同样品浓度的细胞活力。(B)利用MTT法对比DF-O、DF-S样品对Raw264.7细胞活力的影响。

图3显示的MTT实验结果表明，DF-O在100 μg/mL浓度下使Raw264.7细胞活力明显下降，因此后续实验选择100 μg/mL为后续的样品浓度。同时，DF-S的细胞活力明显高于DF-O组，说明去除大部分MPs后的降尘刺激后，比去除前的细胞活力明显恢复。

3. 氧化应激和炎症水平的变化

图4 DF-O、DF-S和MPs的氧化应激和炎症因子水平的对比(A)。(B) DF-O和DF-S氧化应激水平。 

图4A所示，DF-O组氧化应激水平明显升高（P < 0.001），DF-S各组比DF-O组的氧化应激水平明显降低（P < 0.001）。DF-O组的MDA和NO含量明显高于Control组（P < 0.05），而SOD含量则低于Control组（P < 0.01）。去除MPs后DF-S各组的量指标发生明显逆转（P < 0.05）。图4B显示，DF-O各组的炎症因子水平均明显高于Control组（P < 0.001），而DF-S的明显低于DF-O各组（P < 0.05），并且呈现出“DF-O > DF-S > Control”炎症依次减少的趋势。同时，MPs反映出DF-O各组类似的实验结果，具有明显的高水平氧化应激和炎症因子水平（P < 0.05）。由此说明，去除的MPs在DF-O的氧化应激毒性、炎症损伤方面具有重要作用。

4. LC3B和p62蛋白的免疫荧光表达

图5A-D可知，DF-O各组的LC3B表达量比Control组明显下降，而p62蛋白水平明显上升（P < 0.05）。与之相反，DF-S各组的LC3B提高明显，p62也明显下降（P < 0.001）。图5F~H显示，MPs各组的LC3B、p62水平与Control组有明显区别（P < 0.001），与DF-O各组呈现相似的趋势，说明降尘中MPs会导致Raw264.7细胞自噬的明显抑制。

图5 DF-O和DF-S以及MPs各组细胞LC3B和p62的免疫荧光实验。(A) DF-O和 DF-S 各组LC3B免疫荧光结果 (20×)。(B) DF-O和 DF-S 各组LC3B免疫荧光定量结果。(C) DF-O和 DF-S 各组p62免疫荧光结果 (20×)。(D) DF-O和 DF-S 各组p62免疫荧光定量结果。(E) MPs各组LC3B免疫荧光结果 (20×)。(F)MPs各组LC3B免疫荧光定量结果。 (G) MPs各组p62免疫荧光结果 (20×)。(H) MPs各组p62免疫荧光定量结果。 

5. DF-S组自噬水平的恢复降低了凋亡水平

凋亡和自噬在细胞稳态中发挥重要作用。据图6所示，DF-O和MPs各组的两个比值均高于Control组，说明DF-O和MPs抑制凋亡。然而DF-S组的比值相比DF-O明显降低（P < 0.001）。图S2的流式结果可知，DF-O各组的凋亡率均高于Control组（P < 0.01），而DF-S各组相比DF-O明显下降（P < 0.05）。该结果说明DF-O去除大部分MPs后，自噬抑制被缓解，进而细胞凋亡水平也会随之降低。

图6 各组PI3K/Akt/mTOR信号通路相关蛋白的表达水平。(A) LC3B，p62，p-PI3K，p-Akt, p-mTOR，Bcl-2，Bax，Caspase-3和Cleaved Caspase-3的Western blot条带。(B)10组实验中关键蛋白表达定量分析。

6. DF-S组自噬水平的恢复降低了凋亡水平

ROS是线粒体在产生能量时伴随出现的。在氧化磷酸化过程中，当线粒体不能获得足够的氧气去获得电子，未配对的自由电子增多从而在细胞内产生ROS。随着ROS的累积，线粒体的通透性会增加，而ROS会透过线粒体膜释放到胞质中，引起其他的线粒体反应从而使得细胞内氧化代谢失衡，最终导致线粒体损伤。总的来说，降尘中的MPs激活PI3K/Akt/mTOR通路抑制巨自噬的自噬流，进而引起炎症损伤、氧化应激甚至细胞凋亡。

该研究对比评价了中国特大城市降尘中MPs成分在细胞活力、氧化应激和炎症水平方面的影响。结果证明MPs导致自噬抑制、较高细胞毒性、ROS和炎症增强，导致细胞凋亡。在此基础上，免疫荧光和Western blotting实验结果证明MPs可以通过调节PI3K/AKT/mTOR通路信号通路抑制自噬，上调Bax/Bcl-2和Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值增加细胞凋亡水平。本研究的重要发现还是凸显了大气MPs治理的必要性。更重要的是，该研究能够为现在和未来由MPs暴露引起的健康风险相关的干预药物研发提供可能的靶标参考。