PP NPs的化学降解与表征
制备并表征平均尺寸约305 nm的PP NPs。
使用不同溶剂、温度、时间和淬灭条件对PP微珠进行化学降解，通过FTIR、SEM、TGA、粒径和Zeta电位分析确定最佳条件。
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聚丙烯纳米塑料暴露对呼吸道上皮屏障芯片的影响及其与人血清白蛋白的界面相互作用
Polypropylene Nanoplastic Exposure to Respiratory Epithelial Barrier-On-Chip and Interfacial Interactions With Human Serum Albumin
实验完整度
高包含上皮屏障芯片体外模型、分子动力学模拟和健康人血浆蛋白谱分析三个独立证据层级，并进行了屏障功能、细胞活力和蛋白冠形成的功能验证。
主要模型
CALU-3细胞构建的上皮屏障芯片 THP-1单核细胞 健康男性和女性供者血浆样本 粗粒化分子动力学模拟的PP-HSA体系
重点核对
PP NPs经化学降解制备，平均粒径305 nm，Zeta电位-30.8 mV，以250 μg/mL剂量暴露上皮屏障芯片并连续灌注3天（流速9 μL/s）。 屏障功能通过TEER测量评估，TEER从2605.81 ± 84.48降至2199.54 ± 72.95 Ω·cm2（p < 0.0001）。 细胞毒性通过LDH释放检测，对照组约14% ± 2.6%，PP组约31% ± 1.14%（p < 0.001）。 蛋白冠形成通过SDS-PAGE和BCA定量，孵育后水合粒径从305 nm增至364.1 nm，Zeta电位变为-14.5 mV。 分子动力学模拟采用MARTINI力场，粗粒化映射比例为3:1，模拟时长500 ns。
摘要
在环境污染的影响下，慢性非传染性疾病有所增加。气道上皮内衬构成初始屏障；然而暴露后，纳米塑料（NPs）可能穿过该界面进入体循环。本研究旨在阐明聚丙烯纳米塑料（PP NPs）对上皮屏障的影响及其与血清蛋白的相互作用。将PP微珠经化学降解、表征后，以250 μg/mL的剂量给予上皮屏障芯片，随后连续灌注3天。在添加10%胎牛血清的细胞培养基中研究其胶体和生物学行为。为探索临床相关性，使用分子动力学模拟分析PP NPs与人血清白蛋白的相互作用，并辅以健康男性和女性个体血浆样本的蛋白质谱分析，以了解性别相关差异。平均尺寸为305 nm的PP NPs暴露于上皮屏障芯片后，通过凋亡性细胞死亡导致细胞活力下降，跨上皮电阻（TEER）值从约2600降至2200 Ω·cm2，ZO-1和ACE2表达改变，并伴有促炎反应和细胞内活性氧（ROS）水平升高。[2026年4月15日首次在线发表后添加的更正：摘要中删除了“suppressed”一词。]在细胞培养基中孵育后，NPs尺寸增加至364 nm，表明形成了蛋白冠。模拟揭示了双相吸附模式。男性和女性供者血浆的主要差异出现在约130和180 kDa附近的蛋白条带。通过整合实验和计算方法，本研究增进了我们对吸入NPs在全身暴露后如何与血液蛋白相互作用的理解，对人类健康风险评估具有潜在意义。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 聚丙烯纳米塑料（PP NPs）如何影响呼吸道上皮屏障，以及进入体循环后如何与主要血浆蛋白（尤其是人血清白蛋白）相互作用并体现性别相关差异？
- 核心机制
- PP NPs通过诱导ROS介导的凋亡和破坏紧密连接（降低ZO-1、改变ACE2）损害上皮屏障完整性，并在生物介质中通过疏水主导、静电为辅的双相吸附形成蛋白冠。
- 主要证据
- 上皮屏障芯片经250 μg/mL PP NPs灌注3天后TEER降低、LDH释放增加、ROS升高、促炎因子和警报素释放增加、CASP-3上调及Ki-67/PCNA下调；SDS-PAGE和BCA证实蛋白冠形成；分子动力学模拟显示HSA双相吸附；男性血浆蛋白在130和180 kDa条带吸附显著高于女性。
- 研究意义
- 通过整合实验和计算方法，增进了对吸入纳米塑料在全身暴露后与血液蛋白相互作用的理解，对人类健康风险评估具有潜在意义。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
上皮屏障芯片构建与PP NPs暴露
构建呼吸道上皮屏障模型并评估PP NPs的屏障穿透和损伤效应。
在三层微流控芯片中培养CALU-3细胞形成上皮屏障，以250 μg/mL PP NPs灌注3天，检测TEER、LDH、细胞因子、ROS和基因表达。
免疫反应和内皮毒素评估
评估PP NPs诱导的免疫反应并排除内毒素干扰。
使用THP-1和CALU-3细胞，以低剂量（15 μg/mL或5 μg/mL）和高剂量（250 μg/mL）PP NPs处理，LPS（1 μg/mL）作为阳性对照，检测细胞增殖和TNF-α、IL-1β分泌。
蛋白冠形成与表征
研究PP NPs在生物介质中的蛋白冠形成。
将PP NPs在含10% FBS的细胞培养基中孵育24 h，通过SDS-PAGE和BCA定量分析硬蛋白冠，并测量粒径和Zeta电位变化。
分子动力学模拟
在分子水平上模拟PP NPs与人血清白蛋白的相互作用。
使用MARTINI力场进行粗粒化分子动力学模拟，分析HSA在PP表面的吸附动力学和残基接触。
人血浆蛋白冠谱分析
分析PP NPs与健康男性和女性血浆蛋白的相互作用差异。
将PP NPs与30% (v/v)人血浆孵育，分离硬蛋白冠，通过BCA和SDS-PAGE定量分析蛋白条带。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| PP NPs制备与表征 | 溶剂类型（二甲苯）、反应温度（>135°C）、反应时间（30 min）、淬灭时间（24 h）、后处理均质化条件（丙酮中ultra-turrax） 阅读提示：参见Results第1段及Materials and Methods相关描述，图1及表S1 |
| 上皮屏障芯片暴露 | 细胞系（CALU-3）、PP NPs剂量（250 μg/mL）、灌注时间（3天）、流速（9 μL/s）、对照设置（无PP培养基和无PP溶剂）、TEER测量细节 阅读提示：参见Materials and Methods及Results中上皮屏障芯片部分，图2及图注 |
| 免疫反应评估 | 细胞类型（THP-1和CALU-3）、PP NPs低剂量（15 μg/mL或5 μg/mL）和高剂量（250 μg/mL）、LPS阳性对照（1 μg/mL）、孵育时间（72 h） 阅读提示：参见Materials and Methods及图S3 |
| 蛋白冠形成实验 | 孵育介质（DMEM + 10% FBS）、孵育时间（24 h）、PP NPs浓度（0.25 mg/mL和1 mg/mL）、BCA和SDS-PAGE定量方法 阅读提示：参见Results蛋白冠部分及图3 |
| 分子动力学模拟 | 力场（MARTINI）、粗粒化映射比例（3:1）、模拟时长（500 ns）、珠子数（48,000）、截断距离（0.5 nm） 阅读提示：参见Materials and Methods及Results模拟部分，图4及图S4 |
| 血浆蛋白冠谱分析 | 血浆浓度（30% v/v）、孵育时间、性别分组（男性n=6，女性n=4）、SDS-PAGE条带分析（55, 75, 130, 180 kDa） 阅读提示：参见Results血浆蛋白冠部分及图5 |