Implication of ferroptosis in hepatic toxicity upon single or combined exposure to polystyrene microplastics and cadmium

化学 微塑料 毒性 活性氧 去铁胺 脂质过氧化 程序性细胞死亡 活力测定 食腐动物 体内 抗氧化剂 氯化镉 体外 生物化学 环境化学 生物 细胞凋亡 有机化学 生物技术
作者
Lixin Wang,Xuan Zhang,Man Xu,Guangzhe Zheng,Jiamin Chen,Shan Li,Jiansheng Cui,Shuping Zhang
出处
期刊:Environmental Pollution [Elsevier]
卷期号:334: 122250-122250 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.envpol.2023.122250
摘要

Microplastics (MPs) are a newly emerging type of pollutants. To date, MPs have been found in the atmosphere, soil, water, and even in human samples, posing a non-negligible threat to humans. Furthermore, multiple heavy metals have been found to co-exist with MPs or be absorbed by MPs. This leads to a widespread concern about their combined toxicity, which is currently elusive. Herein, we investigated the single or combined toxic effects of polystyrene MPs (PS-MPs) and cadmium chloride (CdCl2) on the liver and hepatocytes. After co-incubation, cadmium (Cd) can be absorbed by PS-MPs, resulting in physiochemical alterations of PS-MPs. In vivo and in vitro experiments revealed that PS-MPs solely or together with CdCl2 induced ferroptosis in hepatocytes, a newly defined programmed cell death characterized by lipid oxidation and iron accumulation. PS-MPs exerted more ferroptotic effect on hepatocytes than CdCl2, and combined exposure to PS-MPs and CdCl2 enhanced their ferroptotic effect, mainly by stimulating reactive oxygen species (ROS) production and inhibiting antioxidant activity. Upon single or combined exposure to PS-MPs and CdCl2, the induction of ferroptosis in hepatocytes can be inhibited by N-acetyl-cysteine (NAC, an ROS scavenger), deferoxamine (DFO, an iron chelator), and particularly ferrostatin-1 (Fer-1, a specific ferroptosis inhibitor). Fer-1 efficiently rescued the cell viability of hepatocytes upon exposure to PS-MPs and CdCl2 through enhancing the antioxidant system via upregulating GPX4 and SLC7A11. These findings would contribute to an in-depth understanding of the single and combined toxicity of microplastics and cadmium.
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