聚苯乙烯纳米塑料通过激活AMPK/ULK1通路诱导分化的SH-SY5Y细胞和体内多巴胺能神经元过度线粒体自噬

背景：微塑料和纳米塑料（MNPs）是在人类样本中检测到的新兴环境污染物，引起了人们对其对人类健康潜在风险，特别是神经毒性的担忧。本研究旨在探讨聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs，50 nm）的有害效应，理解其诱发帕金森病（PD）样神经退行性变的机制，并探索预防策略。方法：在暴露于PS-NPs（0.5–500 μg/mL）后，我们评估了多巴胺能分化的SH-SY5Y细胞的细胞毒性、线粒体完整性、ATP水平和线粒体呼吸。分子对接和动力学模拟探讨了PS-NPs与线粒体复合物的相互作用。我们进一步探讨了线粒体自噬在PS-NP诱导的线粒体损伤中的关键作用，并检测了褪黑素在体外的改善潜力。我们在暴露于250 mg/kg/d PS-NPs 28天的C57BL/6 J小鼠中验证了褪黑素的干预（腹腔注射，10 mg/kg/d）。结果：在我们的体外实验中，我们观察到PS-NP在细胞（包括线粒体）中积累，导致细胞毒性和活力降低。值得注意的是，抗氧化剂处理未能完全恢复细胞活力，提示存在不依赖活性氧（ROS）的细胞毒性。PS-NPs引起显著的线粒体损伤，其特征为形态改变、线粒体膜电位降低和ATP产生减少。随后的研究表明，PS-NP诱导的线粒体呼吸破坏可能通过干扰复合物I（CI）实现，分子对接研究强调了PS-NPs对CI的影响，支持了这一概念。使用AMPK通路抑制剂（compound C）和自噬抑制剂（3-甲基腺嘌呤）的拯救实验揭示，过度线粒体自噬是通过AMPK/ULK1通路激活诱导的，加重了分化的SH-SY5Y细胞的线粒体损伤和随后的细胞死亡。值得注意的是，我们确定褪黑素是一种潜在的保护剂，能够减轻PS-NP诱导的线粒体功能障碍。最后，我们的体内实验表明，褪黑素可以通过恢复小鼠的线粒体自噬调节来减轻多巴胺能神经元丢失和运动障碍。结论：我们的研究表明，PS-NPs通过影响CI破坏线粒体功能，通过AMPK/ULK1通路导致过度线粒体自噬，引起多巴胺能神经元死亡。褪黑素可以通过调节线粒体自噬来对抗PS-NP诱导的线粒体功能障碍和运动障碍。这些发现为MNP诱导的PD样神经退行性机制提供了新的见解，并强调了褪黑素在减轻MNP环境风险中的保护潜力。