Polystyrene nanoplastics-induced lung apoptosis and ferroptosis via ROS-dependent endoplasmic reticulum stress

细胞凋亡 丙二醛 氧化应激 未折叠蛋白反应 化学 内质网 活性氧 细胞生物学 程序性细胞死亡 毒性 流式细胞术 药理学 分子生物学 生物化学 生物 有机化学
作者
Qiumei Wu,Chao Liu,Dan Liu,Yougang Wang,Haomin Qi,Xudong Liu,Yuchao Zhang,Haiyu Chen,Yan Zeng,Jinquan Li
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:912: 169260-169260 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.169260
摘要

It has been shown that exposure to nanoplastics (MNPs) through inhalation can induce pulmonary toxicity, but the toxicological mechanism of MNPs on the respiratory system remains unclear. Therefore, we explored the toxicological mechanism of exposure to polystyrene nanoplastics (PS-NPs) (0.05, 0.15, 0.2 mg/mL) on BEAS-2B cells. Results revealed that PS-NPs induce oxidative stress, increased apoptosis rate measured by flow cytometry, the key ferroptosis protein (GPX4 and FTH1) reduction, increased iron content, mitochondrial alterations, and increased malondialdehyde (MDA) level. Besides, consistent results were observed in mice exposed to PS-NPs (5 mg/kg/2d, 10 mg/kg/2d). Thus, we proved that PS-NPs induced cell death and lung damage through apoptosis and ferroptosis. In terms of mechanism, the elevation of the endoplasmic reticulum (ER) stress protein expression (IRE1α, PERK, XBP1S, and CHOP) revealed that PS-NPs induce lung damage by activating the two main ER stress pathways. Furthermore, the toxicological effects of PS-NPs observed in this study are attenuated by the ROS inhibitor N-acetylcysteine (NAC). Collectively, NPs-induced apoptosis and ferroptosis are attenuated by NAC via inhibiting the ROS-dependent ER stress in vitro and in vivo. This improves our understanding of the mechanism by which PS-NPs exposure leads to pulmonary injury and the potential protective effects of NAC.
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