聚乙烯微塑料通过氧化应激与线粒体功能障碍诱导Wistar大鼠肾损伤的机制研究

《Scientific Reports》：Polyethylene microplastics disrupt renal function, mitochondrial bioenergetics, redox homeostasis, and histoarchitecture in Wistar rats

本刊推荐：针对聚乙烯微塑料（PE-MPs）的环境暴露可能引发肾毒性的问题，研究人员开展了28天大鼠体内实验，发现PE-MPs通过破坏氧化还原平衡（GSH、SOD、MDA↑）、抑制三羧酸循环（CS、IDH、MDH、SDH）和电子传递链（复合体I-IV）活性，导致肾功能指标（肌酐、BUN、KIM-1↑）异常和肾组织病理损伤。该研究为微塑料的肾脏毒性机制提供了首个多维度证据链。

　　

随着塑料制品在全球范围内的广泛使用，微塑料污染已成为备受关注的生态环境与健康问题。其中，聚乙烯微塑料（PE-MPs）因化学稳定性高、在环境中难以降解且易被生物体摄入，其对哺乳动物器官的潜在毒性逐渐引起科学界警惕。肾脏作为机体主要的代谢和排泄器官，因其血流量大、滤过功能活跃，尤其容易受到血液中循环微塑料颗粒的侵袭。然而，关于PE-MPs是否直接损害肾脏功能，以及其毒性作用的具体细胞与分子机制，目前仍缺乏系统性的实验证据。

为此，来自泰国 Mae Fah Luang 大学、马来西亚 Universiti Putra 大学等多国研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。该研究以雄性Wistar大鼠为模型，通过28天重复经口灌胃暴露不同剂量（15 mg/kg 与 60 mg/kg）的PE-MPs，系统评估了其对肾功能、电解质平衡、氧化应激水平、线粒体能量代谢及肾组织形态的影响。

研究采用的关键技术方法包括：酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清肾功能标志物（肌酐、尿素氮、胱抑素C等）和肾损伤分子1（KIM-1）；生化法测定肾组织中线粒体复合物I–IV活性以及三羧酸循环关键酶（ citrate synthase, CS；isocitrate dehydrogenase, IDH；malate dehydrogenase, MDH；succinate dehydrogenase, SDH）活性；比色法分析氧化应激指标（谷胱甘肽GSH、丙二醛MDA等）；并对肾组织进行苏木精-伊红（H&E）染色病理学评估。

研究结果

肾功能与离子稳态紊乱

研究发现，PE-MPs暴露导致血清肌酐、尿素氮、尿酸、尿白蛋白/肌酐比值（ACR）及KIM-1水平呈剂量依赖性上升，提示肾小球滤过功能受损与肾小管上皮细胞损伤。60 mg/kg组出现低钠血症、低氯血症和高钾血症，表明肾小管离子重吸收功能紊乱。

线粒体能量代谢障碍

糖酵解途径中，乳酸脱氢酶（LDH）活性显著升高，提示细胞可能转向无氧代谢；而NADase活性异常则反映烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）代谢紊乱。更为关键的是，TCA循环中的CS、IDH、MDH与SDH活性均显著抑制，显示乙酰辅酶A进入循环及后续氧化反应严重受阻。

呼吸链复合物活性分析进一步发现，复合体I、II、III和IV的活性均随PE-MPs剂量增加而显著下降，尤其是复合体IV（细胞色素C氧化酶）的抑制最为明显，表明电子传递与氧化磷酸化过程严重受损，ATP生成能力下降。

氧化应激与炎症激活

肾组织中抗坏血酸（AA）与GSH含量显著降低，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性下降，而MDA和一氧化氮（NO）水平上升，提示氧化与硝化应激增强。谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性升高可能是机体对抗氧化损伤的代偿反应。髓过氧化物酶（MPO）活性变化则暗示中性粒细胞浸润与炎症反应参与肾损伤过程。

肾组织病理损伤

组织学观察显示，PE-MPs可引起肾小球萎缩、鲍氏囊腔塌陷、肾小管上皮细胞变性及间质炎症细胞浸润，且损伤程度随剂量加重。定量分析进一步证实60 mg/kg组肾小球面积显著缩小。

结论与讨论

本研究首次在多组学层面证实PE-MPs通过诱发氧化应激、抑制线粒体能量代谢及破坏离子稳态，导致哺乳动物肾脏功能与结构损伤。尤其在60 mg/kg剂量下，TCA循环与呼吸链功能同步抑制，提示线粒体是PE-MPs肾毒性的关键靶点。尽管研究中未观察到中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）的显著变化，可能与其在亚急性损伤模型中的敏感性不足有关，但KIM-1与ACR的升高已明确指示肾小管-肾小球轴损伤。这些发现不仅为评估环境中微塑料的肾健康风险提供了实验依据，也为开发针对线粒体保护或抗氧化干预策略指明了方向。未来需进一步在分子层面探索PE-MPs干扰细胞信号通路的具体机制，并关注长期低剂量暴露对人群肾脏健康的潜在影响。