首次在脐带血中发现微塑料及其直接作用的靶蛋白：一项开创性的发现

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：First identification of microplastics in umbilical cord blood and their direct target proteins: A pioneering discovery

微塑料（MPs）普遍存在于脐带血中，平均浓度41.128 μg/g，主要成分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）。质谱和拉曼光谱分析显示MPs与84种蛋白质直接结合，显著富集于HIF-1信号通路相关蛋白。体外实验证实MPs通过抑制HIF-1α通路损害造血干细胞自我更新能力，基因敲除HIF-1α可有效逆转此效应，为发育毒性机制提供了新证据。

　　随着全球塑料污染问题的加剧，微塑料（Microplastics, MPs）已广泛存在于各种自然和人工环境中，包括海洋、湖泊、土壤、空气以及生物体内部。微塑料通常指直径小于5毫米的塑料颗粒，它们来源于塑料制品的降解、工业原料的使用以及日常消费品的磨损。近年来，研究发现微塑料不仅在水生生态系统中存在，还扩散到了陆地和大气环境中，进一步表明其对生态系统和人类健康的潜在威胁。微塑料可以通过多种途径进入生物体，如食物链、饮用水、空气吸入以及皮肤接触等，这些途径使得微塑料在不同生物体内的分布更加广泛。然而，关于微塑料是否能够进入胎儿血液循环以及其对胎儿造血系统的影响，目前仍缺乏充分的科学证据。

本研究首次揭示了微塑料在胎儿血液循环中的存在，并进一步探讨了其对造血干细胞功能的直接影响。研究团队通过结合拉曼光谱、热解气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）以及扫描电子显微镜（SEM）等多种分析技术，对10名产妇的脐带血样本进行了系统检测。结果显示，所有样本中均检测到了微塑料，其平均浓度为41.128微克/克，范围在16.85至69.82微克/克之间。其中，聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）是最常见的微塑料类型，这四种材料在所有样本中均有分布。值得注意的是，PP仅在三个样本中被检测到，其浓度相对较低。这一发现不仅表明微塑料在胎儿血液循环中的普遍性，还提示了不同微塑料类型在人体内的分布可能存在差异。

为了进一步理解微塑料如何影响胎儿造血系统，研究团队采用了限制性蛋白酶解-质谱联用（LiP-MS）技术，以识别微塑料直接结合的蛋白质。结果表明，共有84种蛋白质与微塑料存在直接相互作用，其中显著富集的蛋白质涉及缺氧诱导因子（HIF）信号通路。HIF信号通路在维持造血干细胞的自我更新能力和静止状态方面起着关键作用，尤其是在骨髓的低氧微环境中。HIF-1α作为该通路的核心调控因子，不仅在细胞存活和代谢调节中扮演重要角色，还在应对各种应激条件时促进细胞增殖。因此，HIF-1α的异常可能对造血干细胞的功能产生深远影响。

在体外实验中，研究团队发现微塑料的浓度与造血干细胞的自我更新能力呈负相关。随着微塑料浓度的增加，造血干细胞的比例和集落形成能力均显著下降，表明微塑料对造血干细胞的自我更新功能造成了抑制。这一现象可能与HIF-1α信号通路的抑制有关。为了验证这一假设，研究团队利用CRISPR-Cas9技术对HIF-1α进行了基因敲除，并评估了其对造血干细胞功能的影响。结果表明，当HIF-1α被敲除后，微塑料对造血干细胞比例和集落形成能力的抑制作用完全消失，这表明HIF-1α信号通路在微塑料诱导的造血干细胞功能障碍中起着关键作用。

此外，研究还发现微塑料在脐带血中的分布与不同器官和组织中的沉积模式可能存在差异。例如，已有研究表明，微塑料可能在骨髓中优先沉积，而其他研究则发现其在胎儿附属物和脐静脉血液中也存在。这提示我们，微塑料在人体内的分布不仅与聚合物类型有关，还可能受到颗粒大小和组织特异性血管通透性的影响。因此，未来的研究需要进一步探讨不同微塑料亚型在胎儿各组织中的具体分布及其对发育毒性的影响。

研究团队还对微塑料的物理特性进行了详细分析。通过扫描电子显微镜（SEM）和微拉曼光谱技术，研究人员发现微塑料颗粒的大小范围在1.17至112.63微米之间，其中76%的颗粒直径在1至50微米之间，而50至100微米以及大于100微米的颗粒分别占12%和12%。这些数据为微塑料在胎儿血液循环中的分布提供了重要的信息，并为进一步研究其对胎儿造血系统的潜在影响奠定了基础。

从分子生物学的角度来看，HIF-1α信号通路的抑制可能是微塑料影响造血干细胞功能的关键机制。HIF-1α不仅参与细胞的代谢调控，还影响细胞的增殖和分化。在低氧条件下，HIF-1α能够激活一系列基因，以维持细胞的存活和功能。然而，微塑料的暴露可能通过干扰这一通路，导致细胞功能受损。这一发现为理解微塑料对造血系统的影响提供了新的视角，并为未来的治疗和干预策略提供了理论依据。

值得注意的是，尽管本研究提供了关于微塑料在胎儿血液循环中的存在及其对造血干细胞功能的影响的重要证据，但仍存在一些局限性。首先，研究样本数量较小（n=10），这可能限制了研究结果的普遍适用性，并且无法充分反映个体间的差异。其次，研究未考虑地理、生活方式和饮食习惯等因素对微塑料浓度的影响，这些因素可能在不同人群中存在显著差异。此外，研究中排除了直径小于1.77微米的微塑料颗粒，尽管这些颗粒可能更容易被细胞吸收，但它们的排除可能影响了对微塑料实际影响的全面评估。因此，未来的研究需要扩大样本规模，采用更标准化的检测方法，并结合体外和体内模型，以更全面地探讨微塑料的剂量-反应关系及其在不同组织中的具体作用机制。

本研究的发现不仅对理解微塑料对胎儿造血系统的影响具有重要意义，还为评估微塑料对人类健康的潜在风险提供了新的依据。微塑料的广泛存在和其对造血干细胞功能的抑制作用，提示我们应更加关注其对胎儿发育的潜在影响。尤其是在孕期，微塑料的暴露可能对胎儿的造血系统造成不可逆的损害，进而影响其未来的健康。因此，未来的研究需要进一步探讨微塑料在不同人群中的分布模式及其对健康的具体影响，以制定更为有效的防控措施。

此外，研究还强调了多学科合作在解决微塑料污染问题中的重要性。从环境科学到生物医学，从分子生物学到临床医学，不同领域的专家需要共同努力，以全面评估微塑料对健康的影响。通过整合各种先进的分析技术，如拉曼光谱、质谱分析和生物信息学方法，研究人员能够更准确地识别微塑料的种类和分布，并揭示其与蛋白质的直接相互作用。这些方法不仅提高了研究的精确度，还为未来的环境监测和健康评估提供了新的工具和思路。

在临床应用方面，脐带血作为一种重要的造血干细胞来源，其质量直接影响造血干细胞移植的成功率。如果微塑料污染影响了脐带血中造血干细胞的功能，那么这可能对未来的干细胞治疗产生不利影响。因此，有必要对脐带血样本进行更严格的筛查，以确保其安全性。同时，对于已经受到微塑料污染的脐带血，应考虑其在临床应用中的风险，并探索可能的净化或去除方法。

总体而言，本研究揭示了微塑料在胎儿血液循环中的存在及其对造血干细胞功能的潜在影响，为理解微塑料对人类健康的危害提供了新的视角。然而，由于研究的局限性，未来仍需进一步扩大样本规模，深入探讨微塑料的分布模式和作用机制，并结合更多的临床和流行病学数据，以全面评估其对胎儿和新生儿健康的风险。此外，针对不同微塑料亚型的针对性研究也将有助于制定更为有效的防控策略，以减少其对人类健康的潜在危害。