微塑料与细胞膜的相互作用：实验及分子动力学模拟的联合研究
作为一种新兴污染物，微塑料（Microplastics, MPs）广泛存在于海洋、淡水、土壤及大气环境中，可以通过口服、吸入和直接接触等方式进入人体，快速穿透体内各种生物屏障并在人体的组织及器官中累积。微塑料能被不同的细胞内化并引起一系列生物反应，如氧化应激、免疫反应、神经毒性和遗传毒性等，进而对人体健康构成潜在威胁。因此，有关微塑料健康风险的探讨已成为研究人员关注的焦点。细胞膜作为微塑料进入细胞并发挥生物效应的第一道屏障，可以通过扩散、渗透和主动运输等方式选择性地控制物质的进出，维持正常的细胞代谢。因此，微塑料对膜正常结构的干扰可能是微塑料危害人体健康的潜在原因之一。微塑料与细胞膜相互作用的研究仍然缺乏深入有效的理论模型来理解其分子细节和物理化学行为。我们的工作通过生物实验与理论模拟相结合的方法，建立了有效的理论模型解释微塑料的物理化学行为，全面深入地探究了微塑料与细胞膜之间的相互作用机制及微塑料对细胞膜结构和功能的影响。 我们首先通过细胞实验探究了聚乙烯（Polyethylene, PE）微塑料对细胞膜的损伤效应，结果表明PE微塑料会以浓度依赖方式损伤细胞膜完整性。随后以双棕榈酰磷脂酰胆碱（Dipalmitoylphosphatidylcholine, DPPC）脂质体作为细胞膜仿制模型，通过荧光各向异性实验，证明了PE微塑料与细胞膜结合会降低膜流动性，影响膜结构。最后，利用全原子分子动力学进一步探究了PE微塑料与DPPC双分子层的相互作用机制。结果表明，PE微塑料可以进入脂质膜并影响其理化性质，导致膜增厚、流动性改变、膜密度降低甚至膜孔洞的产生。这可能是进入体内的微塑料引起膜损伤效应的关键因素。 在此基础上，考虑到环境中存在多种类型的微塑料，因此探究不同类型的微塑料及其混合物与细胞膜的相互作用对于阐明微塑料的体内过程和膜效应至关重要。我们以聚苯乙烯（Polystyrene, PS）、PE和PS-PE混合物为主要研究对象，探讨单组分和多组分混合微塑料对细胞膜的损伤作用及其可能的分子机制。膜损伤实验及荧光各向异性实验结果表明，PS、PE和PS-PE混合物均会导致细胞膜的损伤及紊乱。分子动力学模拟表明，PS、PE和PS-PE混合物可以克服能量屏障渗透到脂质膜中，从而干扰膜的正常结构并引起膜损伤。通过细胞实验和分子动力学模拟得出结论，PS-PE混合物的膜损伤效应强于PS和PE。这可能是由于PS-PE混合物更高的脂质亲和力使其更易与膜相互作用，从而对膜结构造成更明显的损坏。我们的研究有助于理解微塑料的体内过程及其膜损伤机制，为之后微塑料的安全性评估和风险评估提供了可靠的数据支持和科学依据。
环境污染物;微塑料;细胞膜;损伤效应
兰州大学
硕士
药学
赵春燕
2023
中文
R994.6
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）