环境中的塑料污染正在以惊人的速度增长,并且引起了全世界的关注。塑料垃圾经过物理、化学或生物作用会分解为微塑料(Microplastics,MPs)和纳米塑料(Nano-plastics,NPs),广泛分布于水体、土壤和空气中,可能对人体健康构成严重威胁。与MPs相比,NPs具有较高的表面积和体积比,更容易进入细胞或者组织,因此具有更大的潜在毒性作用。目前关于NPs对哺乳动物的生物学毒理效应研究有限,特别是NPs暴露对于哺乳动物血糖的影响及其机制的研究非常缺乏。聚苯乙烯塑料是环境中最常见的塑料类型,广泛用于制造保温材料、一次性餐具、泡沫盒和清洁用品。评估聚苯乙烯纳米塑料(Polystyrene nano-plastics,PS-NPs)对人体健康的影响具有非常重要的意义。经口暴露是塑料颗粒暴露的主要方式,本研究采取灌胃的方式对RepSox细胞培养小鼠进行80nm PS-NPs暴露。100只C57 BL/6小鼠随机分为10组:(1)生理盐SAHA水组;(2)PSNPs 1 mg/kg/day;(3)PS-NPs 10 mg/kg/day;(4)PS-NPs 30 mg/kg/day;(5)生理盐水+高脂饮食;(6)PS-NPs 1 mg/kg/day+高脂饮食;(7)PS-NPs 10 mg/kg/day+高脂饮食;(8)PS-NPs 30 mg/kg/day+高脂饮食;(9)PS-NPs 10 mg/kg/day+高脂饮食+SC79;(10)生理盐水+高脂饮食+SC79。通过对小鼠饲喂高脂肪饲料和小剂量STZ(Streptozocin)注射(40 mg/kg)建立二型糖尿病(T2DM)模型。分别对小鼠灌给1,10,30 mg/kg/day的PS-NPs或生理盐水,进行为期8周的暴露实验。注射AKT特异性激活剂(SC79)以评估AKT的作用机制。小鼠在注射8-12次STZ后出现高血糖症状,每周跟踪检测每组小鼠的空腹血糖数值,在暴露结束前几天测定口服葡萄糖耐量(OGTT)以及胰岛素耐量(ITT)。暴露结束后将小鼠麻醉取心脏血并采集肝脏和胰腺组织,测量血清胰岛素以评估HOMA-IR,称量脏器并统计脏器系数。本研究通过测量小鼠肝脏和胰腺组织匀浆氧化应激相关的生物指标:活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,用以评价PS-NPs暴露对小鼠肝脏和胰腺组织的氧化损伤情况;使用试剂盒检测小鼠血清中的血脂含量和肝功能酶指标来评价小鼠经PS-NPs暴露后代谢紊乱情况;通过检测小鼠血清中关键炎症因子TNF-α、IL-6和IL-27变化来评价经PS-NPs暴露后小鼠体内炎症变化;通过H&E染色和PAS染色来评估小鼠经PS-NPs暴露后相关脏器的病理学变化和糖原累积情况;通过免疫组化检测小鼠肝脏组织P-AKTser473和P-GSK3βser9的表达量来评估经PS-NPs暴露后胰岛素代谢关键信号通路变化。实验结果表明:(1)PS-NPs单独暴露对小鼠体重和饮水量具有轻微影响;在糖尿病建模组中,PS-NPs暴露导致小鼠体重减轻,饮水量显著增多。(2)在30 mg/kg/day PS-NPs单独暴露组和PS-NPs暴露结合糖尿病建模组的肝脏组织中,观察到比较明显的炎症细胞浸润和组织损伤增加,在胰腺组织也有明显病理性损伤,如胰岛轮廓和形状不规则、细胞结构不清晰等。(3)PS-NPs单独暴露8周后,小鼠空腹血糖小幅增加;在糖尿病建模组中,1,10,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露会引起小鼠空腹血糖显著增加,并呈剂量效应。(4)30 mg/kg/day的PS-NPs单独暴露显著升高了OGTT、ITT和HOMA-IR水平,但对胰岛素分泌无显著影响;在糖尿病模型组中,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露引起OGTT、HOMA-IR显著升高,一定程度上增加了ITT,但是对胰岛素分泌无显著影响。(5)在30 mg/kg/day的PS-NPs单独暴露组中,ROS和MDA的水平显著升高,GSH的水平显著降低;在糖尿病模型组中,10,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露引起小鼠肝脏和胰腺组织中ROS以及MDA水平显著升高,GSH水平显著降低。(6)PS-NPs暴露导致肝脏组织糖原发生积累效应,引起小鼠血脂代谢紊乱,T-CHO、TG和LDL-C水平增加,HDL-C水平下降,且暴露于PS-NPs提高了ALT、AKP和AST的活性;PS-NPs暴露导致小鼠血清中IL-27含量显著降低,但对TNF-α及IL-6无显著影响。(7)PS-NPs单独暴露会引起小鼠AKT和GSK3β磷酸化水平显著降低并呈现剂量依赖效应;在糖尿病模型组中,30 mg/kg/day PS-NPs暴露使小鼠AKT和GSK3β磷酸化水平进一步降低。(8)注射SC79能部分减轻PS-NPs暴露对糖尿病模型小鼠的症状加重效应,如可提高AKT和GSK3β磷酸化水平,有效缓解肝脏或胰腺ROS水平升高,并轻度减弱PS-NPs暴露引起的空腹血糖水平升高和胰岛素抵抗。综上,30 mg/kg/day PS-NPs暴露会导致血糖、氧化应激、葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗明显增加。在糖尿病模型组中,PS-NPs的暴露显著加重了氧化应激、葡萄糖耐受不良、胰岛素耐量和胰岛electric bioimpedance素抵抗,并诱发肝脏和胰腺的病变。PS-NPs暴露可降低AKT和GSK3β磷酸化水平,AKT激活剂SC79处理可提高AKT和GSK3β磷酸化水平,有效缓解肝脏或胰腺ROS水平升高,并缓解PS-NPs暴露引起的空腹血糖水平升高和胰岛素抵抗。这表明暴露于PS-NPs会加重二型糖尿病,其潜在机制涉及对AKT/GSK3β磷酸化的抑制。