与环境相关的纳米塑料浓度会加剧BDE47及其代谢物6-OH-BDE-47在雄性青蛙睾丸中的积累，并增强其内分泌干扰作用

《Journal of Environmental Sciences》：Environmentally relevant concentrations of nanoplastic increase the accumulation and endocrine effects of BDE47 and its metabolite 6-OH-BDE-47 in male frogs’ testes

研究通过暴露雄性青蛙于BDE-47、6-OH-BDE-47及PS-NPs复合污染，发现PS-NPs显著增加PBDEs生物富集（分别提升54.36%和51.49%），通过调控HPG轴激素水平和AR/StAR/CYP11A1/HSD3B1等基因表达干扰性激素合成，证实PS-NPs可加剧雌激素样效应，揭示其作为载体对污染物毒性放大的机制。

　　本研究聚焦于新型污染物——聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）和多溴联苯醚（PBDEs）对生态环境及人类健康可能带来的威胁。随着全球塑料产量的持续增长，预计到2030年，每年将有约5300万吨塑料进入环境，而海洋中塑料的总量可能超过250亿吨（Borrelle et al., 2020; Roland Geyer, 2017）。在新冠疫情之后，大量一次性塑料包装和防护装备被丢弃，进一步加剧了这一问题。微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）是根据其尺寸划分的塑料碎片，分别小于5毫米和100纳米（Schwabl et al., 2019）。由于这些微小颗粒的物理特性，它们往往能够逃避传统的污水处理系统，进而进入自然生态系统（Cole et al., 2011; C. L. Shi et al., 2024a）。研究表明，微塑料和纳米塑料广泛存在于土壤、淡水和海洋等环境中，其在水体中的浓度范围从0.3微克/升到高达488微克/升（Munari et al., 2017）。其中，PS-NPs作为一种常见的微塑料，因其在环境中检测率高，以及对生态系统的潜在危害，正受到越来越多的关注。

除了直接对生物体造成伤害外，PS-NPs还可能通过“特洛伊木马”效应吸附周围的有机污染物，并在环境中作为污染物的载体。例如，有研究发现，清洁的塑料颗粒可以在城市海湾中持续吸附有机污染物长达一年（Gon?alves and Bebianno, 2021）。此外，携带有机污染物的PS-NPs可能在鱼类和线虫等生物体内发生生物累积（Wu et al., 2025; Zhang et al., 2025）。PS-NPs来源于多种家庭和工业产品，包括纺织品、塑料、聚氨酯泡沫以及含有化学添加剂的电子产品（Cao et al., 2022; Luo et al., 2024），其中就包括多溴联苯醚（PBDEs）这类溴化阻燃剂（Shi et al., 2024b）。PBDEs不仅作为塑料的添加剂存在，还属于持久性有机污染物（POPs），它们能够附着在塑料表面（Chackal et al., 2022; Yeo et al., 2020）。尽管中国已经禁止了PBDEs的商业使用，但由于其在环境中的持久性（在沉积物中的半衰期为2-12年）（Abbasi et al., 2019），以及长距离迁移能力和生物累积潜力，这些污染物仍然对生态系统和人类健康构成潜在威胁。特别是在历史污染区域，PBDEs及其代谢产物仍能在水体中以纳克/升至微克/升的浓度存在，并可能通过食物链放大效应和代谢活化过程转化为更具毒性的羟基化衍生物（Ochiai et al., 2017）。

在废水处理厂出水和河口地区，PBDEs的高浓度已被检测到，其中低溴化同系物如2,2′,4,4′-四溴联苯醚（BDE-47）占主导地位，并且在海鸟体内也有发现（Markham et al., 2018）。BDE-47能够在特定组织中积累，并通过细胞色素P450（CYP）介导的生物转化产生羟基化PBDEs（OH-PBDE）代谢产物（Li et al., 2022）。在生物体内，OH-PBDEs的分布通常以6-羟基-2,2′,4,4′-四溴联苯醚（6-OH-BDE-47）为主（Li et al., 2022）。因此，其羟基化产物在环境中的积累同样不容忽视。Hamers et al.（2008）的研究表明，OH-PBDEs的甲状腺素结合能力比BDE-47高出几个数量级。例如，在贻贝（*Mytilus edulis*）的脂质中，OH-BDEs的浓度可达5-260纳克/克（Malmvarn et al., 2008）。Haraguchi等人在对日本女性血清的检测中发现，6-OH-BDE-47的浓度大约是BDE-47的20倍（Haraguchi et al., 2016）。BDE-47作为一种内分泌干扰物（EDCs），可以通过改变性激素的合成来影响生殖功能（Herbstman et al., 2010），从而干扰生殖激素水平，损害生殖细胞功能，并破坏精子DNA（O'Hanlon et al., 2018）。然而，目前仍然存在两个关键的知识空白：（1）OH-BDE-47的内分泌干扰机制尚未完全阐明；（2）其通过吸附-摄入-释放途径“搭便车”在PS-NPs上的潜力尚未量化（Li et al., 2022a）。尽管PS-NPs理论上可以通过促进污染物的吸收和随后释放，从而增强污染物的生物累积，但目前尚缺乏直接的实验证据来证明PS-NPs对PBDEs生物累积动态或毒性特征的显著影响（Chua et al., 2014; Rochman et al., 2013）。这些不确定性强调了对塑料污染生态系统中母体PBDEs及其转化产物进行持续监测的重要性，并且需要进一步开展关于纳米塑料与污染物相互作用的机制研究。

本研究通过转录组测序技术，探索了6-OH-BDE-47（BDE-47的一种羟基化代谢产物）对雄性黑斑蛙（*Pelophylax nigromaculatus*）中类固醇激素合成的影响。黑斑蛙作为典型的两栖动物，其皮肤具有高度渗透性，因此对环境污染物的暴露极为敏感。同时，本研究还评估了PS-NPs是否通过吸附作用作为BDE-47和6-OH-BDE-47的载体，进而诱导生殖毒性。为了分析雄性青蛙在接触PS-NPs后的PBDEs积累情况，研究团队采用了多种实验手段，包括组织切片染色、生化指标评估、超高效液相色谱-三重四极杆质谱（UPLC-MS/MS）检测以及酶活性测量，以全面揭示PS-NPs吸附PBDEs及其羟基化衍生物对雄性生殖结果的影响。通过这些方法，研究团队希望深入了解PS-NPs在环境中的行为及其对生态系统的潜在影响，特别是在生物体内如何通过改变激素合成路径来干扰正常的生殖功能。

研究结果显示，BDE-47和6-OH-BDE-47均能够通过调节类固醇激素合成信号通路，诱导生殖毒性。其中，PS-NPs的存在显著提高了这两种污染物在雄性青蛙体内的生物富集水平，分别增加了54.36%和51.49%。同时，PS-NPs还加剧了睾丸的损伤。为了进一步探讨类固醇合成受干扰的机制，研究团队评估了下丘脑-垂体-性腺轴（HPG轴）中激素的变化情况，并分析了与性激素合成和转化相关的基因表达。结果显示，*AR*（雄激素受体）、*StAR*（类固醇生成急性调节蛋白）、*CYP11A1*（细胞色素P450 11A1）和*HSD3B1*（3β-羟基类固醇脱氢酶1）基因的表达均受到抑制，而*ESR1*（雌激素受体1）和*CYP19A1*（芳香化酶）的mRNA表达水平则有所上升。这种基因表达的变化伴随着睾酮水平的下降和雌二醇水平的升高，表明PS-NPs可能通过增强BDE-47和6-OH-BDE-47的雌激素样效应，进一步干扰雄性青蛙的生殖系统功能。这些发现不仅揭示了PS-NPs在环境污染物传输中的潜在作用，也强调了其对生态系统中生物体生殖健康可能带来的风险。

此外，本研究还指出，尽管PBDEs在许多国家已经被禁用，但由于其在环境中的持久性和迁移能力，这些污染物及其代谢产物仍然对生态环境构成威胁。尤其是在曾经受到污染的区域，PBDEs可能以较低浓度存在于水体中，并通过食物链的放大效应影响更广泛的生物群落。同时，PS-NPs作为潜在的污染物载体，其对环境中的PBDEs和羟基化衍生物的吸附能力可能使其在生态系统中发挥更复杂的作用。这种“搭便车”效应可能使污染物更容易进入生物体内，并在特定组织中积累，从而增加其对生物体的毒性影响。因此，研究PS-NPs与污染物之间的相互作用机制，对于评估这些新型污染物对生态系统的长期影响具有重要意义。

在实验设计方面，研究团队选择了雄性黑斑蛙作为研究对象，因为它们在环境污染物暴露下表现出较高的敏感性。通过将BDE-47和6-OH-BDE-47单独或与PS-NPs共同暴露于雄性青蛙体内，研究团队旨在探讨PS-NPs是否能够通过其物理特性增强污染物的生物可利用性，并进一步揭示其对雄性生殖系统的潜在影响。实验过程中，研究团队采用了多种技术手段，包括组织切片染色、生化指标评估、UPLC-MS/MS检测以及酶活性测量，以全面分析污染物对雄性青蛙生殖功能的影响。通过这些方法，研究团队不仅能够观察到组织层面的变化，还能够从分子层面了解污染物如何影响激素合成和代谢过程。

研究结果表明，PS-NPs的加入确实增强了BDE-47和6-OH-BDE-47的生物富集效应，并进一步加剧了雄性青蛙睾丸的损伤。这表明，PS-NPs不仅可能作为污染物的载体，还可能通过其物理特性改变污染物在生物体内的分布和代谢路径。这种现象可能与PS-NPs的表面特性有关，它们能够吸附并稳定污染物，从而促进其在生物体内的积累。此外，研究团队还发现，PS-NPs的存在可能导致BDE-47和6-OH-BDE-47在雄性青蛙体内的代谢路径发生变化，进而影响性激素的合成和转化。这种变化可能通过改变相关基因的表达水平来实现，例如，*AR*、*StAR*、*CYP11A1*和*HSD3B1*基因的表达被抑制，而*ESR1*和*CYP19A1*基因的表达则被增强。这些基因的表达变化可能反映了PS-NPs对雄性青蛙内分泌系统的干扰作用，特别是对雄激素受体和雌激素受体的调控。

从生态学角度来看，这一研究具有重要的现实意义。随着塑料污染的加剧，尤其是纳米塑料的广泛存在，其作为污染物载体的潜力正在引起越来越多的关注。PS-NPs的吸附能力可能使其成为一种高效的污染物传递媒介，从而扩大污染物的生态影响范围。此外，PS-NPs与污染物之间的相互作用可能不仅限于物理吸附，还可能涉及化学反应和生物转化过程。这些过程可能会改变污染物的化学结构，使其更易被生物体吸收或更具毒性。因此，理解PS-NPs与污染物之间的相互作用机制，对于评估其在环境中的生态风险至关重要。

在健康影响方面，PBDEs及其代谢产物已被证实具有内分泌干扰特性，可能对生殖系统产生负面影响。例如，BDE-47能够干扰雄性青蛙的生殖激素水平，进而影响精子质量和生殖细胞功能。然而，由于PS-NPs的加入，这些污染物的毒性可能被进一步放大。因此，研究PS-NPs与污染物之间的相互作用，不仅有助于揭示其在生态系统中的行为，还能够为人类健康风险的评估提供重要依据。尤其是在水体环境中，PS-NPs可能通过吸附作用将PBDEs等污染物带入食物链，从而影响更广泛的生物群落，包括人类。

本研究的发现还提示，未来在评估污染物的生态和健康风险时，需要考虑纳米塑料作为潜在载体的作用。这可能意味着，传统的污染物监测方法可能无法全面反映其在环境中的实际影响，因为纳米塑料可能改变了污染物的生物可利用性和毒性特征。因此，建立新的监测和评估框架，以纳入纳米塑料的影响，可能是未来环境科学研究的重要方向。此外，研究团队还强调，对于PBDEs及其代谢产物的持续监测和机制研究仍然是必要的，特别是在塑料污染严重的生态系统中。

从方法学角度来看，本研究采用的转录组测序技术为理解污染物对生物体的影响提供了有力的工具。通过分析基因表达的变化，研究团队能够揭示污染物如何影响生物体的生理和代谢过程。这种技术不仅能够提供宏观层面的观察结果，还能够深入到分子层面，帮助研究人员更全面地理解污染物的作用机制。此外，结合多种实验手段，如组织切片染色、生化指标评估和酶活性测量，研究团队能够从多个角度分析污染物对雄性青蛙生殖功能的影响，从而增强研究结果的可靠性和全面性。

综上所述，本研究通过实验手段揭示了PS-NPs在环境污染物传输中的潜在作用，并探讨了其对雄性青蛙生殖功能的影响。研究结果表明，PS-NPs能够增强BDE-47和6-OH-BDE-47的生物富集效应，并通过改变激素合成路径，进一步干扰雄性青蛙的生殖系统。这些发现不仅有助于理解新型污染物对生态环境的影响，还为未来的研究提供了新的思路和方向。在当前塑料污染日益严重的背景下，进一步研究纳米塑料与污染物之间的相互作用机制，对于制定有效的污染防控策略和保护生态环境具有重要意义。