苯并[a]芘包被的二氧化铈纳米颗粒通过AhR通路调控人胎盘线粒体网络与类固醇生成的机制研究

《Particle and Fibre Toxicology》：Cerium dioxide nanoparticles coated with benzo[a]pyrene modify aryl hydrocarbon receptor activity, trophoblast differentiation and mitochondrial network phenotype in human placenta

　　本研究针对大气污染中二氧化铈纳米颗粒(CeO2 NPs)与苯并[a]芘(BaP)复合暴露对胎盘功能的协同影响这一环境健康难题，通过构建环境相关浓度的BaP包被CeO2 NPs模型，发现包被型污染物可显著增强芳烃受体(AhR)活化并促进细胞滋养层分化，同时揭示CeO2 NPs单独暴露会引起线粒体网络形态异常和类固醇激素分泌紊乱。研究创新性地证实污染物表面修饰状态决定其生物学效应，为阐释复合污染物通过AhR-线粒体轴干扰妊娠结局提供新机制视角。

　　

随着城市化进程加速，大气污染对妊娠健康的威胁日益受到关注。流行病学调查显示，孕妇暴露于含纳米颗粒的污染环境会增加早产和低出生体重的风险。其中，柴油燃料和香烟中广泛使用的二氧化铈纳米颗粒(CeO₂ NPs)因其催化特性而成为新兴污染物，其高比表面积使其在燃烧过程中易吸附苯并[a]芘(BaP)等持久性有机污染物，形成复合污染物。然而，这类复合物对胎盘——这个维系胎儿发育的关键器官——会产生何种独特影响，仍是环境健康领域的知识盲区。

为模拟真实暴露场景，研究人员创新性地构建了BaP包被的CeO₂ NPs模型，并利用原代人胎盘滋养细胞和绒毛外植体开展研究。通过报告基因系统、超高分辨率显微成像和代谢组学等多学科技术，揭示了污染物通过脂筏内吞途径进入细胞后，对芳烃受体(AhR)信号、细胞分化程序和线粒体功能产生的级联效应。这些发现不仅深化了对纳米颗粒-有机物复合毒性的认知，更为制定针对性的孕期防护策略提供了科学依据。

研究团队采用的主要技术方法包括：XRE报告基因系统检测AhR转录活性，STED超分辨显微镜观察线粒体网络形态，Seahorse能量代谢分析仪评估线粒体呼吸功能，GC-MS/MS定量类固醇激素谱，以及特异性内吞抑制剂阻断实验验证摄取机制。所有实验均使用临床采集的足月胎盘组织（经伦理委员会批准并获患者知情同意）分离的原代细胞进行。

AhR活性评估显示包被型污染物的独特效应

通过XRE-pNL1.3[secNLuc]和XRE-H2B-eGFP双报告系统发现，BaP包被CeO₂ NPs（低比率Coating LR）能诱导最强AhR活化（4.1倍于对照组），显著高于游离BaP（1.7倍）。而CeO₂ NPs单独暴露反而抑制AhR活性（0.54倍），提示纳米颗粒可能干扰转录机制。这种"包被增强效应"在共暴露组中未出现，说明污染物表面结合状态决定其生物活性。

滋养细胞分化能力呈现剂量依赖性调控

免疫荧光分析显示，Coating LR使细胞融合指数升至72%（对照组50%），而CeO₂ NPs单独处理抑制至32%。使用AhR拮抗剂CH223191预处理后，Coating LR的促融合效应被逆转（78%→49%），证实该过程依赖AhR通路激活。有趣的是，高比率包被（Coating HR）无此效应，提示BaP过载可能影响其生物可利用度。

线粒体网络形态发生特异性重塑

STED显微镜揭示CeO₂ NPs暴露导致线粒体数量增加37%，分支长度延长53%，形成高度互联的管状网络。相反，BaP处理组线粒体保持球形碎片化形态，与正常分化过程一致。蛋白质印迹分析未发现线粒体动态调控蛋白（MFN1/2、OPA1、DRP1等）表达改变，提示形态变化可能源于翻译后修饰或物理相互作用。

线粒体膜电位与呼吸功能解耦联

JC-1探针检测发现CeO₂ NPs使膜电位升高41%，而BaP处理组降低26%-51%。Seahorse分析显示共暴露组基础呼吸下降15.7%，但ATP产量未受影响。这种膜电位与能量代谢的分离现象，可能与线粒体适应性地延长网络以抵抗凋亡有关。

类固醇激素分泌呈现性别二态性

GC-MS/MS检测发现CeO₂ NPs使雌酮(E1)增加5.5%，脱氢表雄酮(DHEA)降低24%。分层分析显示E1升高仅见于女性胎盘，DHEA下降限于男性胎盘。这种性别特异性干扰可能与芳香化酶活性差异有关，提示污染物对胎儿发育的影响存在性别特异性风险。

内吞机制证实脂筏依赖的摄取途径

共聚焦显微镜显示BaP包被CeO₂ NPs以内含体形式聚集在细胞核周，其内吞可被甲基-β-环糊精（脂筏抑制剂）阻断，但不受蔗糖（网格蛋白抑制剂）影响。高比率包被组呈现更密集的颗粒聚集，与实际生物学效应呈负相关，印证了"生物可利用度优于绝对摄入量"的核心观点。

本研究通过多维度证据链揭示：环境相关浓度的BaP包被CeO₂ NPs可通过脂筏内吞进入胎盘滋养层，借助AhR通路异常激活加速细胞分化，同时引发线粒体网络适应性重塑和类固醇激素分泌紊乱。特别值得注意的是，污染物的表面修饰状态（包被vs游离）及其比例关系直接决定生物学效应强度，这为准确评估真实环境暴露风险提供了关键参数。研究结果不仅深化了对纳米颗粒-有机物复合毒理机制的理解，更提示在制定大气污染防护策略时，需重点关注污染物相互作用产生的协同效应，尤其是对妊娠早期胎盘发育的潜在影响。