聚苯乙烯微塑料通过激活NF-κB/MAPK信号通路加重类风湿关节炎滑膜成纤维细胞炎症及关节破坏

《Journal of Hazardous Materials》：Polystyrene microplastics activate NF-κB/MAPK signaling in synovial fibroblasts, promoting inflammation and joint destruction in rheumatoid arthritis

　　本研究针对微塑料（MPs）对类风湿关节炎（RA）的影响这一新兴环境健康问题，揭示了聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）在RA患者滑膜液中可检测到，并能被滑膜成纤维细胞（RA-FLSs）内化，通过激活NF-κB和MAPK（JNK/p38）信号通路，诱导IL-6、IL-8、CCL2、MMP3等炎症因子和侵袭相关分子表达，增强细胞迁移、侵袭及单核细胞粘附，并在体内实验中证实PS-MPs可加重CFA诱导的关节炎及人源化SCID小鼠模型的软骨破坏。研究首次明确了MPs作为环境因子直接参与RA病理进程的机制，为理解环境污染物在自身免疫病中的作用提供了新视角，具有重要的公共卫生意义。

　　

在我们生活的环境中，塑料污染已成为一个全球性的挑战。其中，尺寸小于5毫米的微塑料（Microplastics, MPs）更是无处不在，它们通过食物链进入人体，甚至在血液、胎盘等组织中被检测到。然而，这些微小的颗粒是否会影响人类健康，特别是像类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis, RA）这样的慢性自身免疫性疾病，仍然是一个未知的领域。RA影响着全球约1%的人口，其特点是滑膜（关节内衬）的慢性炎症，导致关节软骨和骨骼的进行性破坏。滑膜成纤维细胞（Fibroblast-Like Synoviocytes, FLSs）是RA关节中的关键效应细胞，它们表现出侵袭性，像“特洛伊木马”一样侵蚀软骨。尽管环境因素（如吸烟）已知会影响RA，但微塑料作为新兴污染物，其与RA的关联尚不清楚。发表在《Journal of Hazardous Materials》上的这项研究，正是为了解开这个谜团。

为了探究微塑料对RA的影响，研究人员采用了多层次的实验方法。他们首先利用热裂解-气相色谱/串联质谱（Py-GC/MS/MS）技术检测了RA患者滑膜液样本中的微塑料。在细胞水平，他们使用从RA患者滑膜组织中分离培养的原代滑膜成纤维细胞（RA-FLSs），并选用5微米（μm）的聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）作为模型污染物进行体外实验，通过MTT法评估细胞活性，通过实时定量PCR（qPCR）和酶联免疫吸附试验（ELISA）检测基因和蛋白表达，通过蛋白质印迹（Western Blot）分析信号通路蛋白的磷酸化水平，并通过细胞迁移、侵袭和单核细胞粘附实验评估RA-FLSs的功能变化。高分辨率成像技术，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和共聚焦显微镜，被用于观察PS-MPs的细胞摄取和亚细胞结构变化。在动物模型方面，研究使用了完全弗氏佐剂（CFA）诱导的小鼠关节炎模型，通过口服灌胃给予PS-MPs，并静脉注射荧光标记的PS-MPs以观察其在体内的分布；同时，还采用了人源化严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠共植入模型，将经PS-MPs处理的人RA-FLSs与正常人软骨共同植入小鼠体内，评估其对软骨的破坏能力。

研究结果揭示了PS-MPs对RA病理过程的显著影响。

3.1. 聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）加剧关节炎并浸润关节组织

在CFA诱导的小鼠关节炎模型中，长期口服5 μm PS-MPs显著加重了踝关节肿胀和炎症症状。通过尾静脉注射荧光标记的PS-MPs发现，在关节炎小鼠的踝关节和脾脏中PS-MPs积累更多，且PS-MPs处理组积累量更高。脾脏体积增大，且其分离的脾细胞在T细胞受体（TCR）刺激下，促炎细胞因子IL-6分泌增加，而抗炎细胞因子IL-10分泌减少。更重要的是，在21名RA患者的滑膜液样本中，研究人员在5例中检测到了PS-MPs的存在，这为微塑料可能进入人类炎性关节提供了直接的临床证据。

3.2. PS-MPs在RA-FLSs中的内化及相关细胞应激

高分辨率成像技术确认，5 μm PS-MPs能够被RA-FLSs有效内化，进入细胞质。共聚焦显微镜显示PS-MPs内化后伴随细胞骨架F-肌动蛋白（F-actin）结构的紊乱。透射电镜（TEM）进一步观察到PS-MPs处理的RA-FLSs内存在更多的吞噬囊泡，并且线粒体嵴出现破坏，提示细胞内应激和早期线粒体损伤。

3.3. 5 μm PS-MPs诱导RA-FLSs中炎症细胞因子和趋化因子的表达

PS-MPs处理在测试浓度下对RA-FLSs活力无显著影响。然而，5 μm PS-MPs能以剂量依赖的方式显著上调RA-FLSs中IL-6、IL-8和CCL2的mRNA和蛋白表达水平，而50 μm的PS-MPs则无此效应。值得注意的是，在骨关节炎（OA）来源的滑膜细胞中未观察到类似的炎症因子升高，表明PS-MPs的促炎效应可能对RA-FLSs具有特异性。

3.4. PS-MPs促进RA-FLSs的侵袭表型

5 μm PS-MPs处理能剂量依赖性地上调与细胞迁移和侵袭相关的基因表达，包括基质金属蛋白酶3（MMP3）、MMP9、烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）和TWIST1。同时，MMP3的蛋白分泌也增加。功能实验证实，PS-MPs处理显著增强了RA-FLSs的迁移和侵袭能力。

3.5. PS-MPs通过上调粘附分子促进单核细胞与滑膜细胞的相互作用

PS-MPs刺激能剂量依赖性地增加人单核细胞系THP-1细胞与RA-FLSs的粘附。机制上，PS-MPs处理上调了RA-FLSs中血管细胞粘附分子-1（VCAM-1）和细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的mRNA和蛋白表达水平。

3.6. RA-FLSs中PS-MPs诱导的炎症信号通路及其被人参皂苷Compound K的抑制

蛋白质印迹分析显示，5 μm PS-MPs处理激活了NF-κB信号通路（表现为p65亚基磷酸化p-p65增加和IκB-α降解）和MAPK信号通路（表现为JNK和p38的磷酸化水平升高）。使用NF-κB抑制剂BAY 11-7082、p38 MAPK抑制剂SB203580或JNK抑制剂SP600125预处理，能显著抑制PS-MPs诱导的IL-6和IL-8产生。有趣的是，人参皂苷Compound K（GCK）处理也能有效抑制这些细胞因子的分泌。

3.7. PS-MPs处理的RA-FLSs在人源化SCID小鼠模型中导致软骨破坏

在SCID小鼠共植入模型中，与未处理的RA-FLSs相比，经5 μm PS-MPs预处理的人RA-FLSs在植入60天后引起了更严重的软骨侵蚀，组织学评分显示软骨被侵袭的程度更高。免疫荧光染色还发现，PS-MPs处理组的植入物中有更多的F4/80⁺巨噬细胞浸润。

综上所述，本研究首次系统地证实了环境污染物聚苯乙烯微塑料能够直接作用于类风湿关节炎的关键效应细胞——滑膜成纤维细胞，通过被细胞内化，激活NF-κB和MAPK（JNK/p38）等关键的炎症信号通路，从而促进一系列促炎因子、基质降解酶和粘附分子的表达，增强细胞的迁移、侵袭能力和与免疫细胞的相互作用，最终在动物模型中加重关节炎症状和软骨破坏。研究不仅在RA患者滑膜液中检测到PS-MPs，为其临床相关性提供了证据，还发现人参皂苷Compound K等干预手段可能缓解其有害效应。这项研究将微塑料这一全球性的环境问题与自身免疫性疾病的发病机制联系起来，揭示了环境污染物作为疾病加重因子的新角色，强调了环境健康在慢性病管理中的重要性，为RA的预防和治疗策略提供了新的思路。研究结果警示我们，控制环境微塑料污染可能对降低自身免疫性疾病风险具有潜在的公共卫生价值。