聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米塑料对小鼠卵巢卵泡功能的影响存在差异

《Environmental Pollution》：Polystyrene and polyethylene terephthalate nanoplastics differentially impact mouse ovarian follicle function

纳米塑料对卵巢功能的影响：PS与PET的差异性研究。

　　### 纳米塑料对女性生殖系统的影响研究

在当今社会，塑料的广泛使用和日益增长的产量使人类不可避免地接触到了微塑料和纳米塑料。这些塑料微粒通过多种途径进入人体，包括饮用水、食品、空气以及医疗和日常用品。随着对环境塑料污染的关注增加，研究人员开始关注这些微粒对人类健康，尤其是生殖系统的潜在影响。尽管已有研究证实微塑料和纳米塑料存在于人体组织中，但关于它们对女性生殖功能的具体影响仍缺乏深入理解。本文旨在探讨两种不同类型的纳米塑料——球形聚苯乙烯（PS）纳米塑料和实验室制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米塑料——在环境相关剂量下对小鼠卵巢泡的发育和功能的影响。

### 塑料的广泛使用与环境暴露

塑料因其低成本和多功能性，在过去一个世纪中被大量生产和使用。全球塑料年产量已达到4亿吨以上，并且仍在持续增长。尽管塑料曾被认为是化学惰性的，但研究表明，塑料在使用过程中会释放出微米级（<5毫米）和纳米级（<1微米）的塑料颗粒。这些颗粒可以通过饮用水、食品和空气进入人体，甚至在人体组织中被发现，如血液、胎盘、肝脏、肾脏和大脑等。此外，环境中的塑料废弃物在风化和降解过程中也会产生纳米塑料，进一步增加了人类暴露的风险。

### 塑料颗粒在人体中的存在与影响

人体组织中检测到的塑料颗粒浓度因组织类型而异。例如，人类血液中平均含有1.6微克/毫升的塑料颗粒，而大脑中的浓度则高达10倍以上。这一发现表明，塑料微粒不仅存在于体表，还可能深入到人体内部，并对多种器官产生影响。在生殖系统中，特别是卵巢，塑料颗粒的积累可能对女性生育能力构成威胁。已有研究表明，微塑料和纳米塑料可能影响卵巢功能，包括卵泡发育、激素合成以及细胞凋亡等过程。

### 研究方法与实验设计

为了评估纳米塑料对卵巢功能的具体影响，本研究采用了一种**体外小鼠卵泡培养系统**。该系统保留了卵泡的细胞复杂性，并已被证实对内分泌干扰物敏感。研究中使用了两种纳米塑料模型：一种是商业购买的220纳米球形聚苯乙烯纳米颗粒（PS NPs），另一种是通过实验室方法从塑料奶瓶中研磨获得的240纳米聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米颗粒（PET NPs）。这两种纳米塑料分别代表了环境中常见的塑料类型，并且在实验中被暴露在不同的剂量下，以模拟环境中的实际暴露情况。

实验中，使用了多种方法对纳米塑料进行表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。这些技术帮助研究人员确认了纳米塑料的形态、尺寸分布和化学组成。随后，将这些纳米塑料暴露在培养的卵泡中，观察其对卵泡生长、激素水平和基因表达的影响。

### 实验结果与分析

研究结果表明，无论是PS还是PET纳米塑料，都对卵泡的生长和功能产生了影响。在100微克/毫升的PS纳米塑料暴露下，卵泡的生长受到抑制，特别是在48小时和72小时的检测中，与对照组相比，其生长速率显著降低。此外，PS纳米塑料还影响了与类固醇合成、细胞周期调控和氧化应激相关的基因表达。例如，PS暴露显著降低了**Star**（类固醇生成急性调节蛋白）的表达，而**Cyp19a1**（芳香化酶）的表达则呈现出上升趋势。然而，激素水平并未发生显著变化，这可能是因为卵泡培养系统无法完全模拟体内复杂的信号通路。

相比之下，PET纳米塑料对卵泡生长的影响较小，但在1和10微克/毫升的剂量下，显著增加了**pregnenolone**（孕烯醇酮）的水平，同时降低了**Cyp17a1**（类固醇合成酶）的表达。这一结果表明，PET纳米塑料可能通过干扰类固醇合成的关键酶活性，导致体内激素水平的变化。然而，由于PET纳米塑料的浓度较低，其对细胞周期相关基因的影响并不显著。

### 基因表达与生理功能的关联

研究还发现，纳米塑料暴露对多种基因表达产生了显著影响。例如，**Cdkn1a**（细胞周期依赖性激酶抑制剂1A）和**Cdk4**（细胞周期依赖性激酶4）的表达在PS暴露下显著下降，这可能与细胞周期停滞有关。此外，**Bax**（促凋亡蛋白）和**Casp3**（半胱天冬酶3）的表达在高剂量PS暴露下显著降低，表明细胞凋亡过程可能被抑制。这种现象可能与细胞周期停滞有关，因为细胞在停滞状态下可能不会进入凋亡阶段。

另一方面，**Ar**（雄激素受体）的表达在PS暴露下显著下降，这可能与类固醇合成和细胞周期调节相关。而**Sod1**（超氧化物歧化酶1）的表达在高剂量PS暴露下显著下降，表明纳米塑料可能诱导氧化应激，从而影响细胞的抗氧化能力。

### 环境相关剂量的重要性

本研究特别强调了**环境相关剂量**的重要性。大多数先前研究使用了高剂量的纳米塑料，这些剂量与实际环境中的暴露水平相差甚远。因此，本研究选择了与人类血液中检测到的塑料浓度相近的剂量进行实验，以更真实地反映人类可能的暴露情况。例如，PS和PET的暴露剂量分别为1–100微克/毫升和0.1–10微克/毫升，这与之前的研究相比更加贴近现实环境中的暴露水平。

### 塑料颗粒的形态与暴露方式

在实验中，PS纳米颗粒的形态为球形，而PET纳米颗粒则由于实验室研磨过程而呈现出不规则的形状。这种形态差异可能影响其在体内的行为和对细胞的毒性。例如，PS颗粒由于密度较低，可能在体液中漂浮，而PET颗粒则由于密度较高，可能更容易沉积在组织中。这种差异可能导致不同类型的纳米塑料在体内具有不同的暴露路径和毒性效应。

### 塑料对生殖功能的潜在影响

研究结果表明，纳米塑料可能通过干扰类固醇合成、细胞周期调控和氧化应激等关键生理过程，影响女性生殖功能。类固醇合成是卵巢功能的核心，涉及多种酶和基因的协同作用。纳米塑料的暴露可能改变这些基因的表达水平，从而影响激素的合成和分泌。此外，细胞周期调控和细胞凋亡过程的改变可能导致卵泡发育受阻，进而影响生育能力。

### 未来研究方向

尽管本研究提供了重要的信息，但仍存在一些局限性。首先，由于使用了环境相关的塑料模型，无法单独评估特定塑料属性（如聚合物类型或形状）对结果的影响。其次，纳米塑料在培养过程中可能发生聚集，这可能导致实际暴露浓度与预期不符。此外，实验中未考虑可能的其他污染物，如抗imony或邻苯二甲酸盐，这些物质可能在塑料生产或回收过程中引入，进而影响实验结果。

未来的研究需要进一步探讨纳米塑料在不同剂量下的非单调剂量反应模式，即某些基因在低剂量下可能表现出增强的表达，而在高剂量下则受到抑制。这种现象在内分泌干扰物中较为常见，可能与激素介导的机制有关。此外，研究还应关注纳米塑料对生殖系统其他部分的影响，如输卵管和子宫，以全面评估其潜在健康风险。

### 研究的意义与启示

本研究不仅揭示了纳米塑料对卵巢功能的潜在影响，还强调了在评估塑料健康风险时，使用环境相关的模型和剂量的重要性。随着塑料污染的加剧，了解其对生殖系统的具体影响变得尤为迫切。此外，研究还表明，不同类型的纳米塑料可能通过不同的机制影响生殖功能，因此，未来的研究需要进一步探讨这些机制，以制定更有效的防护措施。

总之，纳米塑料的暴露可能对女性生殖健康构成威胁，尤其是在环境相关剂量下。本研究的结果为理解纳米塑料的健康影响提供了重要的基础，同时也提醒我们，随着塑料污染的加剧，必须加强对纳米塑料的研究，以保护人类的生殖健康。