聚苯乙烯纳米塑料对猪卵泡膜包裹卵子体外成熟的影响

《Research in Veterinary Science》：Effect of polystyrene nanoplastics on in vitro maturation of pig cumulus-encosed oocytes

本研究评估了不同浓度聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）在体外卵子成熟（IVM）过程中对猪卵子核成熟、胞质成熟及发育能力的影响。结果显示PS-NPs显著增加卵子内ROS水平（p<0.01），并剂量依赖性降低囊泡胚胎的细胞数量，但对核成熟、受精参数及胚胎早期分裂无显著影响。颗粒细胞类固醇生成未受PS-NPs干扰。研究证实PS-NPs可能通过氧化应激干扰卵子成熟，强调纳米塑料作为新兴环境因子对哺乳动物生殖能力的潜在威胁。

　　近年来，随着塑料制品的广泛使用以及废弃物管理的不足，环境中的纳米塑料（NPs）污染问题日益受到关注。塑料垃圾在自然环境中经过物理作用、紫外线照射、温度变化和生物降解等过程，会逐渐分解为更小的颗粒，其中包括微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。NPs由于其更小的尺寸，能够更容易穿透生物屏障，因此可能对生物体造成更大的潜在危害。尽管已有大量研究探讨了微塑料和纳米塑料对生物体健康的影响，包括氧化应激、炎症反应、免疫功能紊乱、细胞代谢改变、组织退化、细胞增殖受阻以及致癌风险等，但关于其对哺乳动物生殖系统的影响，尤其是对卵子的潜在影响，仍存在诸多未知。

本研究聚焦于纳米塑料对哺乳动物卵子成熟过程的影响，采用猪卵母细胞体外成熟（IVM）模型，以评估不同浓度的聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）对卵子核成熟、胞质成熟以及发育能力的影响。研究还涉及卵子内部谷胱甘肽（GSH）和活性氧（ROS）水平的变化，以及卵泡颗粒细胞（CCs）的类固醇生成能力。实验中使用了5、50、100和200 μg/mL的PS-NPs浓度，这些浓度的选择基于之前关于卵子IVM过程中纳米塑料影响的研究。结果显示，尽管PS-NPs对卵子核成熟、胞质成熟以及受精参数均无显著影响，但其显著增加了卵子内部的ROS水平，并导致卵子发育能力下降，具体表现为每囊胚中细胞数的减少。这表明，即使在体外环境中，PS-NPs也可能对卵子的成熟过程产生负面影响。

卵子的成熟过程是一个复杂的生理现象，涉及多个阶段的细胞变化。核成熟主要指卵子进入第二次减数分裂（MII）阶段，这是受精和胚胎发育的必要前提。胞质成熟则涉及卵子内部结构和功能的调整，以支持后续的受精和胚胎发育。在本研究中，PS-NPs的暴露并未显著影响卵子的核成熟率，所有实验组中达到MII阶段的卵子比例与对照组相似。然而，在胞质成熟方面，PS-NPs暴露并未影响卵子在体外受精（IVF）过程中的受精能力，如受精穿透率、单精子受精率以及卵子维持男性原核形成的能力。这一结果表明，PS-NPs可能对卵子的核成熟过程影响较小，但对胞质成熟和后续胚胎发育能力存在潜在干扰。

值得注意的是，尽管PS-NPs对卵子的核成熟和胞质成熟没有明显影响，但其对卵子内部ROS水平的显著增加可能是一个重要的信号。ROS水平的升高可能引发一系列细胞内应激反应，从而影响卵子的发育能力。研究中观察到，PS-NPs暴露导致卵子内部ROS水平在所有测试浓度下均显著上升，这表明其可能通过诱导氧化应激来干扰卵子的正常发育。然而，PS-NPs并未显著降低卵子内部的GSH水平，这与一些其他研究结果形成对比。例如，在某些实验中，PS-NPs的暴露导致GSH水平下降，从而影响卵子的抗氧化能力。本研究中，由于使用了含β-mercaptoethanol、半胱氨酸和表皮生长因子（EGF）的培养基，这些成分有助于维持GSH水平并减少ROS的积累，因此可能在一定程度上掩盖了PS-NPs的毒性作用。

此外，研究还评估了PS-NPs对卵泡颗粒细胞类固醇生成能力的影响。类固醇激素如孕酮（P4）和雌二醇（E2）在卵子成熟和胚胎发育过程中发挥重要作用。实验结果显示，PS-NPs在所有测试浓度下均未显著影响卵泡颗粒细胞的类固醇生成能力，这表明纳米塑料可能对颗粒细胞的生理功能没有直接干扰。然而，P4的生成在培养的第二天显著增加，这可能与颗粒细胞的分化和黄体化过程有关。这一现象在其他研究中也有报道，表明颗粒细胞在培养过程中会经历不同的发育阶段，从而影响类固醇的分泌水平。

在讨论部分，研究者指出，尽管PS-NPs对卵子的核成熟和受精参数没有显著影响，但其对卵子发育能力的负面影响可能更为深远。卵子在体外激活后形成的囊胚细胞数减少，可能意味着其发育潜力受到抑制，这可能与胚胎细胞增殖能力的下降有关。尽管在体外培养阶段未检测到PS-NPs的直接干扰，但这一结果仍表明，纳米塑料可能在卵子成熟阶段就对后续的胚胎发育产生潜在影响。因此，有必要进一步研究PS-NPs在卵子成熟、受精和胚胎发育各个阶段的作用，以更全面地理解其对生殖系统的潜在危害。

本研究的意义在于，它为评估纳米塑料对生殖系统的影响提供了新的视角。虽然研究结果基于体外模型，但猪作为实验动物，其生殖系统与人类具有较高的相似性，因此该研究结果可能对理解纳米塑料对人类生殖健康的影响具有一定的参考价值。此外，研究还强调了纳米塑料作为新兴环境因素的潜在危害，特别是在影响动物和人类生育能力方面的重要性。因此，未来的研究应更加关注纳米塑料在环境中的分布及其对生殖系统的长期影响，尤其是在人类生殖健康领域。

本研究的局限性在于，其结果基于体外实验，可能无法完全反映体内环境的复杂性。因此，进一步的体内研究和长期跟踪实验将有助于更准确地评估纳米塑料对生殖系统的实际影响。此外，不同物种对纳米塑料的敏感性可能存在差异，因此需要在多种动物模型中进行比较研究，以确定纳米塑料对生殖系统的普遍影响。最后，研究中使用的PS-NPs浓度可能在某些情况下并不足以反映现实环境中暴露的实际水平，因此需要更广泛的浓度测试以确保研究结果的全面性和代表性。

综上所述，本研究通过体外模型揭示了纳米塑料对卵子成熟和发育能力的潜在影响，特别是在ROS水平的增加和囊胚细胞数的减少方面。这些发现不仅为理解纳米塑料对生殖系统的危害提供了新的证据，也强调了在环境和健康领域中进一步研究纳米塑料暴露的必要性。未来的研究应更加关注纳米塑料在不同暴露条件下的影响，以及其对生殖系统的长期和多代效应，以期为环境保护和人类健康提供更有力的科学依据。