Surface-Charge-Driven Ferroptosis and Mitochondrial Dysfunction Is Involved in Toxicity Diversity in the Marine Bivalve Exposed to Nanoplastics

毒性 花帘蛤属 表面电荷 转录组 先天免疫系统 生物 纳米毒理学 免疫系统 细胞生物学 化学 生物物理学 生态学 生物化学 免疫学 基因表达 基因 物理化学 有机化学
作者
Yanfei Zhou,Wenzhi Liu,Hao Jiang,Fengyuan Chen,Yanping Li,Jorge L. Gardea‐Torresdey,Xiaoxia Zhou,Bing Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 2370-2383 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10536
摘要

Nanoplastics (NPs) pervade daily life, posing serious threats to marine ecosystems. Despite the crucial role that surface charge plays in NP effects, there is a substantial gap in our understanding of how surface charge influences NP toxicity. Herein, by exposing Ruditapes philippinarum (R. philippinarum) to both positively charged NPs (p-NPs) and negatively charged NPs (n-NPs) at environmentally relevant particle number levels for a duration of 35 days, we unequivocally demonstrate that both types of NPs had discernible impacts on the clams depending on their surface charge. Through transcriptomic and proteomic analyses, we unveiled the primary mechanisms behind p-NP toxicity, which stem from induced mitochondrial dysfunction and ferroptosis. In contrast, n-NPs predominantly stimulated innate immune responses, influencing salivary secretion and modulating the complement and coagulation cascades. Furthermore, in vitro tests on clam immune cells confirmed that internalized p-NPs triggered alterations in mitochondrial morphology, a decrease in membrane potential, and the initiation of ferroptosis. Conversely, n-NPs, to a certain extent, moderated the expression of genes related to immune responses, thus mitigating their adverse effects. Taken together, these findings indicate that the differential surface-charge-driven ferroptosis and mitochondrial dysfunction in clams play a critical role in the toxicity profile of NPs, providing an insightful reference for assessing the ecological toxicity associated with NPs.
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