综述：微塑料对水生生物的生态毒性及其不良后果途径网络：一项关键综述

《Aquatic Toxicology》：Adverse Outcome Pathway Networks of Microplastic Ecotoxicity to Aquatic Organisms: A Critical Review

微塑料毒性机制研究通过整合多水平生态毒理学数据与AI文本挖掘（AOP-helpFinder 3.0），系统构建了基于组织特异性（鳃、肠道、肝/性腺、脑）的AOP网络，重新定义非化学 particulate应力源的MIE为上皮表面初始机械相互作用，揭示氧化应激、炎症等分子事件与群体水平的繁殖抑制、免疫抑制等毒性效应的级联关系，指出下游效应验证不足及微塑料异质性对AOP标准化挑战，为预测生态风险提供结构化框架。

　　近年来，随着微塑料污染问题的日益严重，其对水生生物的生态毒性研究成为环境科学领域的重要议题。尽管已有大量研究记录了微塑料在水生生物中的毒性效应，但将早期分子层面的干扰与更高层次的生物结果联系起来的机制路径仍然缺乏深入理解。为了填补这一知识空白，本文通过综合多层级的生态毒理学回顾，并结合AOP-helpFinder 3.0进行自动化文本挖掘，构建了一个可能的不良结局路径（AOP）网络。该网络以易受微塑料影响的组织（如鳃、肠道、肝脏/生殖腺和大脑）为核心，并整合了与关键事件（KEs）相互关联的下游级联反应。通过此网络，我们筛选出一个线性AOP，并采用布拉德福德·希尔（Bradford Hill）标准对因果关系进行了定性评估。评估结果显示，早期和中期的关键事件关系得到了较强支持，而下游的关系则仍需进一步验证，这凸显了当前研究中存在的重要知识缺口。此外，本文强调了需要对非化学颗粒状应激源（如微塑料）的MIE（分子起始事件）进行适应性调整。我们认为，微塑料在上皮表面引发的初始机制性相互作用可能是其毒性的MIE。总体而言，本文将AOP框架作为一种定性工具，用于整理和系统化微塑料毒性的机制证据。通过捕捉微塑料暴露在不同生物层次上的级联效应，所提出的AOP网络为预测生态毒性提供了结构化基础，并支持了针对水生生态系统中微塑料污染的监管风险管理体系的建立。

微塑料对水生生物的影响是多方面的，涉及藻类、浮游动物和鱼类等不同生物类别。研究发现，微塑料的暴露可引发氧化应激、炎症反应和免疫系统紊乱，其中纳米级微塑料具有穿透细胞膜的能力，干扰细胞功能，并可能造成基因毒性。此外，微塑料的摄入会导致肠道阻塞、食物摄入减少、能量储备消耗以及炎症反应。这些结果表明，微塑料可能通过多种机制性路径影响生物体。然而，目前对于这些多样化反应如何连接成因果序列，尤其是在不同生物层次上的系统性理解仍然有限。

AOP是一种概念性框架，描述了从分子起始事件（MIE）到一系列关键事件（KEs），最终导致不良结局（AO）的因果链式事件。以往的研究已经探索了多种环境应激源的AOP开发，展示了其在描述毒性机制方面的潜力。例如，对于化学物质抑制几丁质合成酶1（CHS-1）可能如何干扰几丁质生物合成，进而导致蜕皮缺陷、表皮形成受损，最终引发蜕皮相关死亡的机制，提出了相应的AOP。在另一项研究中，Song等人（2020a）评估了高能伽马辐射对水蚤（*Daphnia magna*）在不同生物层次上的影响，识别出导致模型物种繁殖受损的关键毒性路径。同时，Razak等人（2024）对基于浮游动物的AOP进行了全面回顾，强调了浮游动物在生态毒理学评估中的生物指示作用。此外，对于其他非化学应激源，如病毒性疾病（例如SARS-CoV-2）和纳米颗粒，也提出了相关的AOP。

AOP为将早期分子反应转化为生态相关终点提供了有力策略，从而更好地预测微塑料的生态影响。然而，微塑料AOP评估中的一个主要挑战是识别那些能够触发关键事件和不良结局的分子起始事件。这些变化通常发生在分子层面，并转化为细胞或生化层面的反应，但未必能立即在更高层次的生物（如个体或种群）中观察到。例如，虽然氧化应激和炎症反应可能在几小时或几天内被检测到，但诸如繁殖减少、发育受损或免疫功能下降等影响往往表现出显著的延迟，并且在缺乏对分子路径明确理解的情况下，量化这些影响变得尤为困难。此外，分子层面的干扰如DNA损伤或激素紊乱，可能不会立即表现为可见的效应，如生存率下降或繁殖改变，但它们可能对个体适应性和种群动态产生深远影响。因此，将这些早期分子和细胞反应与更广泛的生态结果联系起来，需要一个系统化的框架，能够整合不同生物层次的不良影响。

微塑料的毒性受到多种因素的影响，包括颗粒形状、尺寸、剂量和暴露时间等，这些因素共同增加了确定机制路径的复杂性。因此，微塑料的AOP应以颗粒特异性属性作为基础，这有助于更准确地描述其毒性机制，而不是依赖于传统化学应激源的框架。通过建立以颗粒为中心的AOP框架，可以为区分微塑料毒性与传统化学毒性提供基准，特别是在水生生物如鱼类和无脊椎动物中。

鉴于微塑料对水生生物毒性的复杂性以及当前AOP框架的局限性，本文旨在实现以下目标：（1）全面评估微塑料在水生生物中的生态毒性效应，涵盖分子、细胞、组织、个体和种群层面的反应；（2）识别与微塑料暴露相关的MIE、KEs和AO；（3）构建一个基于微塑料的AOP网络，以连接早期机制性事件与更高层次的生物结果。本文采用AI辅助的应激源-事件和事件-事件信息识别方法，并结合详细的文献回顾，提出了一个针对微塑料的AOP网络。通过整合不同生物层次的毒理学反应，AOP可以提高风险评估的预测准确性，识别关键知识缺口，并促进更有效的监管决策。

在方法论部分，为了系统地识别与微塑料毒性相关的关键事件，我们采用了一种两步方法，结合手动文献回顾和自动化文本挖掘。通过在Scopus数据库中进行针对性搜索，我们使用了以下查询：TITLE-ABS-KEY（microplastic*）AND TITLE-ABS-KEY（"aquatic organism*" AND "mechanical interaction" OR "reactive oxygen species" OR "oxidative stress" OR "fish" OR "aquatic invertebrate" OR "daphnia" OR "shrimp" OR "mussel" OR "zebra"）。这一方法有助于获取与应激源-事件和事件-事件关系相关的信心评分，从而系统地识别出候选的分子起始事件、关键事件和不良结局。此外，通过AI辅助的方法，我们能够更高效地筛选和分析大量文献，从而构建出一个结构化的AOP网络。

在分子层面的反应研究中，分子层面的证据为确认和扩展微塑料毒性的机制性理解提供了关键基础。基因表达研究一致显示早期的分子关键事件，揭示了与氧化应激、细胞凋亡和繁殖受损相关的特定生物标志物。因此，Ortiz-Moriano等人（2025）提出了一套基因表达生物标志物工具包，包括HSP70、HSP90、SOD、PK、Caspase和VTG，这些生物标志物可用于评估微塑料对水生生物的毒性影响。通过这些生物标志物，我们可以更好地理解微塑料在分子层面如何引发一系列反应，并最终导致不良的生态结果。

在整合MIE、KEs和AO到AOP网络的过程中，AOP最初是为化学物质开发的，其中MIE被定义为应激源与分子靶点之间的特定、可测量的相互作用。然而，对于颗粒状应激源如微塑料，这种相互作用难以建立。氧化应激，其特征是活性氧（ROS）的过量产生和抗氧化防御系统的激活，是研究中最为一致的早期反应之一。这一反应在不同生物类别中均被观察到，表明其可能是微塑料毒性的关键机制之一。此外，其他分子层面的反应如DNA损伤、激素紊乱、细胞凋亡和免疫反应也可能在微塑料暴露后发生，但它们的机制性路径仍需进一步研究。

在环境影响和挑战部分，本文探讨了多层级的生态毒理学评估，涵盖了分子、细胞、组织、个体和种群层面的反应，并提出了一个AOP网络以揭示微塑料毒性的机制基础。与化学物质不同，微塑料通常通过非特异性的物理相互作用导致生物损伤，这种作用方式更难以定义和测量。因此，传统的AOP结构可能难以直接应用于微塑料，因为它们依赖于明确的分子靶点。此外，微塑料的暴露可能影响多个生物层次，包括分子、细胞、组织、个体和种群，这需要一个更加灵活和全面的AOP框架来整合这些信息。

在结论部分，本文指出，由于微塑料的异质性和环境变化，开发适用于所有微塑料类型的单一AOP是不可行的。因此，采用以目标组织为核心的AOP网络，可以更好地捕捉颗粒介导的毒性效应。本文还强调了在识别MIE时需要对颗粒状应激源如微塑料的起始事件进行灵活调整，以适应其独特的毒性机制。通过AOP-helpFinder进行的初步共现分析，有助于识别和分析科学文献中的相关研究，从而构建出一个结构化的AOP网络。

综上所述，本文通过多层级的生态毒理学回顾和自动化文本挖掘，构建了一个可能的AOP网络，用于系统地识别微塑料对水生生物的毒性机制。这一网络不仅有助于理解微塑料在不同生物层次上的影响，还为预测生态毒性提供了结构化基础，并支持了针对微塑料污染的监管风险管理体系的建立。通过整合不同生物层次的毒理学反应，AOP可以提高风险评估的预测准确性，识别关键知识缺口，并促进更有效的监管决策。此外，本文强调了需要对非化学颗粒状应激源如微塑料的MIE进行适应性调整，以更准确地描述其毒性机制。这为未来的微塑料研究和生态风险评估提供了新的思路和方法。