Polystyrene microplastics-induced cardiotoxicity in chickens via the ROS-driven NF-κB-NLRP3-GSDMD and AMPK-PGC-1α axes

上睑下垂 安普克 MFN2型 细胞生物学 氧化应激 线粒体ROS TFAM公司 MFN1型 化学 SOD2 炎症 白藜芦醇 线粒体 细胞凋亡 癌症研究 程序性细胞死亡 医学 生物 线粒体生物发生 内科学 生物化学 线粒体融合 蛋白激酶A 超氧化物歧化酶 激酶 线粒体DNA 基因
作者
Yue Zhang,Kai Yin,Dongxu Wang,Yu Wang,Hongmin Lu,Hongjing Zhao,Mingwei Xing
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:840: 156727-156727 被引量:299
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.156727
摘要

Microplastics (MPs) pollution is getting increasingly prominent, and its dangers have attracted widespread attention. The heart is the central hub of the organism's survival, and the mechanism of MPs-induced heart injury in chickens is unknown. Here, we investigated the effects of 5 μm polystyrene microplastics (PS-MPs) on the heart and primary cardiomyocytes of chickens at varied concentrations. We observed that PS-MPs caused severe pathological damage and ultrastructural changes in heart, induced myocardial pyroptosis, inflammatory cell infiltration and mitochondrial lesions. PS-MPs evoked abnormal antioxidant enzyme content and ROS overproduction. Detailed mechanistic investigation indicated that PS-MPs triggered pyroptosis via NF-κB-NLRP3-GSDMD axis and exacerbated myocardial inflammation (NLRP3, Caspase-1, IL-1β, IL-18, ASC, GSDMD, NF-κB, COX-2, iNOS and IL-6 overexpression). Additionally, PS-MPs induced mitochondrial damage (TFAM, OPA1, MFN1 and MFN2 down-expression, DRP1 and Fis1 overexpression) and energy metabolism disorders (HK2, PKM2, PDHX and LDH up-regulation) by inhibiting AMPK-PGC-1α pathway. Interestingly, NAC alleviated these aberrant manifestations in vitro. We suggested that PS-MPs driven alterations in NF-κB-NLRP3-GSDMD and AMPK-PGC-1α pathways via ROS overload, which in turn triggered oxidative stress, myocardial pyroptosis, inflammation, mitochondrial and energy metabolism dysfunction. This provided theoretical bases for protecting chickens from toxic injury by MPs.
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