随着年产量超过4亿吨,而全球回收率未能达到10%,塑料污染已成为一个严重的环境挑战。因此,超过90%的塑料垃圾在生态系统中积累,尤其是在水体中。
(1)在那里,塑料通过光降解、生物降解、水解和机械磨损分解,产生微塑料(MPs,<5毫米)和纳米塑料(nps,<1000纳米)。微塑料(MNPs)对水生环境的广泛污染为人类健康构成了直接威胁,对生态系统和人类健康都构成了重大挑战。饮用水作为主要摄入途径,已被证实含有纳米塑料。例如,一瓶1升的瓶装水中可能含有约24万个纳米塑料颗粒,一个塑料茶包在热水中会释放约116亿个微塑料颗粒和31万个纳米塑料颗粒。据估计,一个人每周摄入的纳米塑料量大约相当于一张信用卡的重量。
(2)然而,这种长期且持续的暴露对健康的潜在影响仍被严重低估。微塑料的微小尺寸不仅使它们能够在水中持续存在,还赋予它们穿透生物屏障的能力,包括肠上皮细胞,最终甚至能够穿透血脑屏障,从而在全身范围内扩散。最近的一项尸检研究令人担忧地发现,人类大脑中的微塑料浓度(4917微克/克)远高于典型解毒器官(肝脏433微克/克,肾脏404微克/克)。这种在大脑中的高浓度随着时间的推移而显著增加,特别是在被诊断为痴呆症的个体中达到了异常高的水平(26076微克/克)。
(3)这些发现提供了有力证据,表明塑料暴露(其中水是主要来源)与神经退行性疾病(NDs)的发病机制有关。
像阿尔茨海默病和帕金森病这样的神经退行性疾病的全球负担正在急剧增加。绝大多数病例是散发的,这一现象无法仅用遗传或衰老来解释,强烈暗示了环境因素的作用。饮用水中含有的纳米塑料是一个可能的致病途径,尽管其具体机制尚不明确。虽然确切的致病机制尚不清楚,但特定蛋白质异常聚集形成淀粉样纤维是一个病理特征。先驱性研究已经证明了纳米塑料可以加速关键蛋白质(如淀粉样β蛋白和α-突触核蛋白)的纤维化。
(4)然而,这一新兴领域仍然局限于以纤维为中心的视角,这严重简化了聚集途径中更早、更具毒性的事件。
在这篇观点文章中,我们认为理解饮用水中纳米塑料的神经毒性关键在于研究蛋白质聚集级联反应中的最早分子事件,特别是液-液相分离(LLPS)。LLPS是一种蛋白质形成致密液体凝聚体的过程,是控制与神经退行性疾病相关的蛋白质聚集的关键机制。这些凝聚体作为神经毒性寡聚体的培养基,现在被认为是神经退行性疾病进展的主要毒性因子。
(5)我们提出,通过饮用水摄入的纳米塑料是病理LLPS和寡聚化过程的强大外源性驱动因素。至关重要的是,它们从水到大脑的传输过程中涉及界面转化(例如,蛋白质冠层的形成),这些转化决定了它们的生物活性。我们将它们的多重威胁归纳为三种协同效应:氧化引发、表面催化的成核和渗出物驱动的扰动,所有这些因素共同促进了神经毒性寡聚化的发生(
图1)。忽视这一以水为中心、基于机制的框架将导致对这一最普遍暴露途径的风险评估出现偏差,并阻碍有效预防策略的发展。
图1
在评估饮用水中纳米塑料的神经毒性风险时,对以纤维为中心的模型的持续依赖是一个主要障碍。虽然纤维易于测量且是经典的病理标志,但这种关注点掩盖了更危险的现实:大量证据表明,可溶性寡聚体而非纤维才是神经退行性疾病中的主要神经毒性因子,它们的破坏作用比纤维强得多。仅测量纤维化的环境健康研究会产生误导,因为它们可能忽略那些主要诱导寡聚体生成的饮用水中的纳米塑料,并将神经毒性归因于纤维而非真正的罪魁祸首——即短暂的寡聚体中间体。因此,迫切需要一种根本性的范式转变,以针对寡聚体的上游形成过程。这种转变对于准确评估通过饮用水摄入的纳米塑料的神经毒性危害至关重要。