SRS无标记成像，把微塑料毒性来源定位到“摄取瞬间”

研究背景：微纳塑料健康风险的认知迷雾

微纳塑料（MP/NP）污染已成为全球关注的公共卫生议题。针对“MP/NP的细胞毒性究竟来自持续胞外暴露、细胞摄取过程，还是长期胞内滞留”这一关键问题，Jingyuan Li、Nian Liu（共同一作）、Delong Zhang、Hyeon Jeong Lee（通讯作者）等，利用化学键选择性受激拉曼散射（SRS）显微成像，结合连续暴露与洗脱两种细胞模型，建立了一套无需荧光标记、可解耦“持续暴露”与“胞内滞留”的活细胞成像研究框架，相关成果以“Clinically derived micro- and nanoplastic uptake drives spatiotemporally confined metabolic stress revealed by bond-selective imaging”为题发表于Science Advances。

现有的研究多依赖于传统的荧光标记或固定样本分析。这些方法往往存在"标记干扰"或"时间切片"的局限：荧光标记可能引入光化学干扰和光毒性，也可能影响颗粒表面性质，从而干扰对天然颗粒行为的判断，而固定样本则无法捕捉活细胞内动态的代谢过程。更关键的是，我们一直未能厘清一个核心问题：究竟是塑料颗粒在细胞内的"长期滞留"导致了毒性，还是"持续暴露"期间的某种应激反应在作祟？今天，振电科技将带您走进这篇前沿研究。作者利用SRS无标记成像，把"持续胞外暴露"和"胞内滞留"拆开，直接观察MP/NP与活细胞及脂滴的时空关系。

核心技术亮点：SRS显微成像的"化学键指纹"识别

在这项研究中，SRS技术展现了其作为"化学键选择性成像"利器的独特优势。

传统的拉曼成像虽然能提供化学指纹，但信号微弱，耗时极长，难以用于活细胞动态观察。而SRS技术通过泵浦光与斯托克斯光的差频匹配分子振动，产生受激拉曼散射，信号显著增强。这意味着什么？

• 其一，无需标记，原位成像：SRS直接探测分子本身的化学键振动（如C-H键），无需引入任何外源荧光染料，避免了外源荧光标记可能带来的光化学干扰、光毒性及表面性质扰动。

• 其二，化学键选择性：通过调谐激光频率，我们可以特异性地"点亮"脂质、蛋白质或特定的代谢物，在复杂的细胞背景中精准锁定目标。

• 其三，活细胞多时间点动态追踪：极高的成像速度使得捕捉微纳塑料被细胞摄取、脂滴重塑等瞬态过程成为可能。

正是基于这些优势，研究团队得以构建了一个可解耦"持续暴露"与"细胞内滞留"的细胞模型，有效区分了塑料毒性的来源。

关键发现一：SRS追踪MP/NP在活细胞中的摄取与分布

借助SRS显微镜，研究人员清晰地记录了临床来源微纳塑料进入活细胞的全过程。研究发现，T2时刻颗粒主要分布在近膜区域，T24时刻扩散至胞质，T72时刻出现聚集；使用EIPA抑制胞饮作用可显著减少颗粒摄取，提示胞饮是主要的内化机制。

图1 | SRS成像展示MP/NP摄取及脂滴组成重塑，洗脱后可恢复（A为连续暴露/洗脱模型；B/C为SRS与phasor分组件；D–F 为脂滴光谱，G–H 为 2860/2930 比值变化）（来源：Sci. Adv. 2026）

在SRS图像中，我们可以直观地看到MP/NP被细胞内化并分布在细胞质中。更重要的是，SRS不仅看到了"颗粒"，还看到了"环境"。随着MP/NP的进入，细胞内的脂滴（Lipid Droplets, LDs）发生了光谱组成的改变。这种无需标记的成像方式，让我们直接可视化了外源颗粒与细胞器之间的空间关系。

关键发现二：持续暴露改变脂滴组成，洗脱后可恢复

这项研究颠覆性的发现之一，在于对"暴露时间"的解耦。

研究团队设计了精妙的实验：一组细胞持续接触MP/NP，另一组在摄取后洗去细胞外的颗粒（洗脱组）。SRS成像显示，在持续暴露期间，脂滴的组成发生了显著改变；然而，一旦去除细胞外的MP/NP，即便细胞内仍滞留有颗粒，脂滴的光谱组成竟然逐渐显著恢复。

这一现象强有力地暗示：细胞内的代谢应激并非由"滞留"引起，而是由"持续暴露"驱动。细胞内的塑料颗粒在洗脱后表现出了一种"惰性"状态，不再持续干扰脂质代谢。定量数据显示，连续暴露72h的脂滴2860/2930比值降至基线的约1/1.35（约74%），降幅约26%”；洗脱后较T24回升约1.18倍，属于部分恢复而非完全逆转。值得注意的是，PS颗粒、HUVEC内皮细胞及A549肺细胞中同样观察到可逆的2860/2930比值下降，说明这一趋势跨颗粒类型和细胞类型具有保守性。

关键发现三：细胞毒性和功能损伤可显著恢复

代谢的改变是否真的影响了细胞健康？研究团队进一步检测了细胞功能指标。

图2 | 持续暴露与洗脱条件下细胞功能检测——Live/Dead、CCK-8、ROS、CYP3A4表达、尿素/白蛋白分泌（来源：Sci. Adv. 2026）

结果显示，持续暴露组的细胞表现出明显的活力下降、活性氧（ROS）升高以及肝脏相关功能指标（CYP3A4表达、尿素和白蛋白分泌）受损”。但是，与脂滴恢复的趋势一致，洗脱组的细胞功能在去除外部颗粒后得到了显著恢复。

这表明MP/NP诱导的代谢应激和细胞损伤主要局限于暴露/摄取阶段；切断持续的外部刺激后，细胞功能显著恢复，但并非完全回到对照水平。

关键发现四：脂质组学锁定花生四烯酸（AA）为关键失调脂质

究竟是什么分子在"作祟"？研究团队结合了脂质组学与SRS成像。脂质组学锁定花生四烯酸（AA）为关键失调脂质。SRS光谱显示，MP/NP处理细胞的脂滴光谱与AA标准品高度相似；PLA₂抑制剂可显著回升脂滴2860/2930比值。

图3 | 脂质组学揭示AA是关键失调脂质——SRS光谱相似性支持AA相关脂滴组成改变，PLA₂抑制验证（来源：Sci. Adv. 2026）

脂质组学数据指向了一个关键嫌疑分子：花生四烯酸（Arachidonic Acid, AA）。这是一种多不饱和脂肪酸，也是炎症反应的重要前体。SRS光谱特征与AA标准品高度相似，结合脂质组学和PLA₂抑制实验，提示AA参与了MP/NP邻近脂滴的组成改变。这不仅是化学成分的定性，更是基于2860/2930比值的半定量空间分析，为锁定代谢应激的分子靶点提供了直接线索。

关键发现五：MP/NP邻近脂滴的组成改变呈空间受限特征

SRS技术的高空间分辨率在这里发挥了决定性作用。进一步比较同一细胞内靠近与远离MP/NP的脂滴，发现邻近脂滴的比值降低更明显，而洗脱后这种空间异质性消失。这说明与AA相关的脂滴组成改变是摄取期、空间局限、短暂的。

图4 | MP/NP邻近脂滴的组成改变呈空间受限，洗脱后消失（来源：Sci. Adv. 2026）

图像显示，与AA光谱特征一致的脂滴组成改变在MP/NP邻近脂滴中更明显，而非AA均匀富集。这种"近距离"的代谢扰动，形象地展示了微纳塑料如何在其周围制造了一个"应激微环境"。洗脱后这种空间异质性消失，说明与AA相关的脂滴组成改变是摄取期、空间局限、短暂的。

关键发现六：磷脂涂层减轻细胞毒性

既然毒性来自"持续暴露"而非"滞留"，那么能否通过修饰颗粒表面来阻断这种应激？

图5 | 磷脂涂层（DOPC-DiO）修饰MP/NP后减轻细胞毒性——DOPC-DiO包覆验证、EDX磷信号、摄取仍保留、脂滴光谱与毒性指标改善（来源：Sci. Adv. 2026）

研究团队尝试用磷脂（DOPC）涂层修饰MP/NP。DiO荧光标记验证了包覆的均匀性，EDX检测进一步确认了磷信号的存在。SRS成像显示，涂层并没有阻止细胞对颗粒的内化（颗粒依然进入了细胞），但脂滴光谱接近对照水平，且细胞活力、ROS、CYP3A4表达、尿素/白蛋白分泌等毒性指标均有改善。

这一发现具有重要的参考价值：它提示"摄取驱动的代谢应激"是损伤的主要来源。表面工程可能在不阻止内化的前提下减轻摄取相关代谢应激，但尚属机制验证，不能外推为治疗策略。

总结与展望：振电科技的科研视角

这项研究的重要性在于，它把MP/NP毒性从"长期胞内累积"推进到"暴露—摄取阶段的局部代谢应激"，并展示了SRS无标记成像在亚细胞时空分辨率上的独特价值。对振电科技而言，这也是高光谱SRS在活细胞、无标记、颗粒—细胞器相互作用研究中的一次典型示范。

作为专注于振动光谱/SRS显微成像技术的企业，振电科技深知这一技术背后的力量：

• 从"静态"到"动态"：SRS“推动从终点式固定样本分析走向活细胞动态观测”，推动了活细胞动态观测的发展。

• 从“模糊”到“精准”：无需标记的化学键选择性，让我们能识别与AA相关的光谱特征，并结合脂质组学锁定关键信号分子，而非依赖外源探针。

• 从"现象"到"机制"：通过时空分辨的成像，我们得以区分"暴露"与"滞留"的效应，为微纳塑料的安全性评价提供了全新的维度。

未来，振电科技将继续深耕SRS显微成像技术，致力于为广大科研工作者提供高分辨率、快速度、智能分析的成像解决方案。我们相信，随着技术的进步，我们将能看清更多生命微观世界的真相，为环境健康与临床医学贡献"振电力量"。

参考文献

Li, J., Liu, N., Zhang, D., & Lee, H. J. (2026). Clinically derived micro- and nanoplastic uptake drives spatiotemporally confined metabolic stress revealed by bond-selective imaging. Science Advances, 12, eae7712. （注：Jingyuan Li、Nian Liu 为共同一作）