New Evidence for the Mechanisms of Nanoplastics Amplifying Cadmium Cytotoxicity: Trojan Horse Effect, Inflammatory Response, and Calcium Imbalance

特洛伊木马 细胞毒性 镉中毒 炎症反应 化学 生物 免疫学 炎症 生物化学 计算机安全 体外 计算机科学 有机化学
作者
Xiangxiang Li,Shaoyang Hu,Zelian Yu,Falin He,Xingchen Zhao,Rutao Liu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c01254
摘要

Nanoplastics (NPs) are emerging pollutants worldwide. Particularly worrisome is that although studies have reported that NPs can amplify the biotoxicity of environmental pollutants, the specific mechanism remains unclear. Here, we found that NPs, even without significant toxicity (cell survival: 99.11%), amplified the hepatocyte toxicity of Cd2+. Mechanistically, higher Cd2+ uptake (Δ = 23.80%) combined with crucial intracellular desorption behavior of Cd2+ loaded in NPs (desorption rate: 82.70%) were identified as prerequisites for NPs amplifying Cd2+ cytotoxicity. As for toxigenic pathways, the inflammatory response and calcium (Ca) signaling pathway were identified as the primary molecular events leading to the amplification of Cd2+ cytotoxicity. Further phenotypic monitoring revealed that NPs synergized with Cd2+ to induce more severe pyroptosis and apoptosis by activating the inflammatory caspase-1-dependent and Ca2+-mitochondrial-caspase-3 pathways to a greater extent, respectively. This study reveals and proves for the first time the "Trojan horse" effects of NPs, thus elucidating the actual mechanisms by which NPs act as toxicity amplifiers of pollutants, providing significant insights into accurate risk assessment of NPs in composite pollution.
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