近日，安徽农业大学汪轶丽博士为第一作者，任大龙教授、张云华教授为共同通讯作者，在环境科学领域的国际权威期刊《Journal of Hazardous Materials》(中科院一区，IF：11.3)上发表题为“Microplastics modulate neutrophil migration via an ROS lactylation positive feedback loop”的科研成果，系统揭示了在活体水平中微塑料（Microplastics，MPs）诱导中性粒细胞迁移的动态过程及分子调控机制。此研究利用活体斑马鱼模型，结合成像技术和ChIP-seq技术，首次实现了对微塑料暴露下中性粒细胞迁移全过程的可视化追踪，并揭示了其背后的ROS-H3K18乳酸化正反馈调控环路，这一发现为理解微塑料的免疫毒性机制提供了重要的理论依据。
标题：Microplastics modulate neutrophil migration via an ROS lactylation positive feedback loop（微塑料通过ROS-组蛋白乳酸化正反馈环路调控中性粒细胞迁移）
发表时间：2025-10-13
发表期刊：Journal ofHazardous Materials
影响因子：IF11.3/Q1
技术平台：RNA-seq、ChIP-seq、ChIP-qPCR等
作者单位：安徽农业大学
DOI:10.1016/j.jhazmat.2025.140113
近年来，微塑料（MPs）因其显著的毒性效应而备受关注。既往研究已揭示其对中性粒细胞功能的影响，但在活体生物中实时可视化MPs诱导的中性粒细胞迁移及其调控机制仍不完全清楚。在此，本研究将斑马鱼暴露于100μg/L的MPs中，发现在3小时和6小时不同时间区间，中性粒细胞向炎症部位的迁移分别增加1.7倍和1.5倍。此外，转录组分析表明活性氧（ROS）和组蛋白乳酸化参与了该过程。作者进一步证实，MPs显著上调乳酸化水平，相关基因（如ep300a、ep300b、ldha）和蛋白（Pan-Kla、H3K18la）升高约50%。与此同时，促炎细胞因子（il-6、il-8、il-1β）升高近1倍，ROS水平升高1.4倍，伴随氧化应激相关基因（sod2、gpx2）显著上调。进一步使用2DG抑制乳酸生成或使用Dpi抑制氧化应激均可使中性粒细胞迁移恢复至基线水平左右。具体而言，乳酸化特异性ChIP-seq和ChIP-qPCR分析揭示，H3K18la修饰促进duox表达，从而增强ROS生成，而ROS又进一步提升乳酸化水平，形成驱动中性粒细胞迁移的正反馈环路。本研究首次在活体内实时可视化MPs诱导的中性粒细胞迁移，并阐明了其内在的ROS-乳酸化互作机制，为理解MPs的免疫毒性提供了新见解。
亮点
微塑料加剧体内炎症部位的中性粒细胞募集
微塑料在斑马鱼中触发氧化应激并提升H3K18乳酸化水平
H3K18乳酸化-ROS前馈环路介导微塑料的免疫毒性
研究方法
斑马鱼品系：野生型（WT/AB）和Tg（lyz:EGFP）斑马鱼品系，通过自然繁殖获得胚胎，并在28.5°C下孵化。
生理和形态学评估：监测斑马鱼的发育参数，包括摆动频率、心率、体长、孵化率和存活率，以评估不同浓度MPs对斑马鱼生长发育的影响。
尾鳍损伤和成像：对5日龄的Tg（lyz:EGFP）斑马鱼进行尾鳍损伤实验，通过荧光显微镜监测中性粒细胞向损伤部位的迁移并定量分析。
暴露和干预处理：使用不同浓度的MPs（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）处理斑马鱼幼体并检测ROS水平，使用2-DG和Dpi分别抑制乳酸生成和氧化应激。
生化分析：检测乳酸和H₂O₂水平，并使用Western blot分析H3K18乳酸化蛋白表达。
ChIP-seq和ChIP-qPCR：使用抗H3K18乳酸化抗体进行ChIP实验，结合ChIP-seq技术分析H3K18乳酸化修饰的基因组结合位点，并分析筛选与ROS和中性粒细胞迁移相关的基因。目标启动子区域通过ChIP-qPCR扩增验证。
结果图形
（1）不同浓度微塑料（MPs）对斑马鱼生长发育的影响
研究中，斑马鱼幼体暴露于不同浓度的微塑料（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）后，对其生长和发育进行了全面评估。结果显示，低浓度（10μg/L）微塑料对斑马鱼的存活率、心率、摆动频率和体长均无显著影响，但加速了孵化时间。然而，随着浓度增加，100μg/L和1000μg/L的微塑料显著影响了斑马鱼的存活率和体长，并进一步加速了孵化时间。这些结果表明高浓度微塑料对斑马鱼的生长和发育具有显著的毒性作用。因此，后续实验选择了100μg/L作为暴露浓度，以模拟环境中常见的污染水平。
（2）RNA-seq揭示微塑料暴露下斑马鱼的分子特征
为了深入了解微塑料的长期毒性，研究人员对斑马鱼胚胎进行了96小时的微塑料暴露，并进行了转录组测序（RNA-seq）。分析结果显示，微塑料暴露导致933个差异表达基因（DEGs），其中292个上调，641个下调。基因集富集分析（GSEA）结合KEGG与GO功能注释揭示了与免疫反应和氧化应激相关的通路。微塑料暴露显著上调了与ROS和炎症相关的基因表达，如duox（ROS生成关键酶）、趋化因子cxcl12b和cxcl4。这些结果表明，微塑料暴露通过诱导氧化应激和扰乱中性粒细胞迁移，对斑马鱼产生毒性作用。
（3）微塑料损害斑马鱼中性粒细胞迁移并诱导氧化应激
通过尾鳍损伤实验，研究人员发现微塑料暴露显著增加了中性粒细胞向伤口部位的迁移。同时，微塑料暴露显著上调了关键炎症因子（如il-6、il-8、il-1β、tnf-α和tnf-β）的表达。此外，微塑料暴露显著增加了H2O2水平，并通过DCFH-DA染色证实了细胞内ROS水平的升高。氧化应激相关基因（如sod2、gpx2和gpx7）的表达也显著上调。这些结果表明，微塑料通过诱导氧化应激，扰乱了中性粒细胞的正常迁移功能。
（4）微塑料通过H3K18乳酸化介导的乳酸损害斑马鱼中性粒细胞迁移
研究人员进一步探讨了微塑料对乳酸化修饰的影响。结果显示，微塑料暴露显著增加了乳酸化相关基因（如ep300a、ep300b、hk2、pkm和ldha）和蛋白（Pan-Kla和H3K18la）的表达。此外，微塑料暴露显著提高了乳酸水平。通过长期暴露实验，研究人员发现微塑料暴露进一步加剧了ROS水平和乳酸化程度，表明微塑料的毒性效应具有长期累积性。这些结果表明，微塑料通过增加乳酸水平和H3K18乳酸化修饰，扰乱了中性粒细胞的迁移功能。
（5）H3K18乳酸化通过DUOX调节ROS并导致中性粒细胞募集
研究人员利用ChIP-seq技术分析了H3K18乳酸化修饰的基因组结合位点，发现其在氧化应激相关基因（如duox）的启动子区域富集。ChIP-qPCR验证表明，乳酸处理增加了duox基因的表达，而2-DG处理则降低了这种效应。此外，微塑料暴露增加了H3K18乳酸化对duox启动子的结合，这一效应可通过2-DG共处理减弱。这些结果表明，H3K18乳酸化通过调节duox基因表达，增加了ROS生成，从而促进了中性粒细胞的募集。通过尾鳍损伤实验，研究人员进一步证实了2-DG共处理能够显著减弱微塑料诱导的中性粒细胞迁移。这一发现揭示了H3K18乳酸化在微塑料诱导的免疫毒性中的关键作用。
（6）氧化应激调控H3K18乳酸化并导致中性粒细胞募集
为了进一步探讨氧化应激与H3K18乳酸化之间的相互作用，研究人员通过外源性调节氧化应激水平（H2O2升高和Dpi抑制）进行实验。结果显示，H2O2处理显著上调了乳酸化相关基因和H3K18乳酸化蛋白表达，而Dpi处理则显著下调了这些指标。这些结果表明，ROS能够正向调节H3K18乳酸化修饰。尾鳍损伤实验进一步证实，中性粒细胞迁移水平与氧化应激程度密切相关。因此，研究人员得出结论，ROS与H3K18乳酸化之间形成了一个正反馈环路，共同放大了中性粒细胞向炎症部位的募集。
结论和启示
本研究通过斑马鱼活体模型，首次实时可视化并定量证明了MPs暴露显著增强中性粒细胞向炎症部位的招募（3小时1.7倍，6小时1.5倍），并阐明该过程由ROS-H3K18la正反馈环路驱动。具体而言，MPs暴露导致乳酸化标记（H3K18la、Pan-Kla）上调约50%，ROS水平升高1.4倍，通过"乳酸化激活duox→ROS生成→ROS促进乳酸化"的自我放大环路，持续驱动中性粒细胞炎症。此外，药理学干预证实，2DG或Dpi处理可有效阻断该环路，将中性粒细胞迁移恢复至接近基线水平，验证了其可靶向性。本研究为理解微塑料的免疫毒性机制提供了关键的理论依据。
ChIP-seq技术在本研究中的重要作用
ChIP-seq（染色质免疫沉淀测序）技术是本研究的关键技术之一，用于分析H3K18乳酸化修饰在基因调控中的作用。通过ChIP-seq，研究人员能够识别出H3K18乳酸化修饰的基因组结合位点，揭示其在ROS生成和中性粒细胞迁移中的调控作用。ChIP-seq技术的应用突破了传统方法的局限，使得研究人员能够在全基因组水平上精确分析组蛋白修饰的变化，从而为理解微塑料诱导的免疫毒性提供了分子层面的证据。
参考文献：
Wang YL, Yuan XC, Wei CJ, Li KY, Zuo LX, Zhang HY, Ding RC, Zhou R,Zhang YH, Ren DL. Microplastics modulate neutrophil migration via an ROShistonelactylation positive feedback loop. J Hazard Mater. 2025 Oct 13;499:140113.doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.140113.
