综述：稀土元素的不良影响及潜在机制

本文全面综述了稀土元素（REEs）在多领域的应用、人体暴露途径、对各系统的毒性作用及潜在毒性机制。REEs 虽应用广泛，但会污染环境、危害人体健康，目前其体内外毒性及机制尚不明确，亟待深入研究以制定防护措施。

　　

稀土元素概述

稀土元素（REEs）包含 15 种镧系元素（原子序数 57 - 71）、钪（Sc，原子序数 21）和钇（Y，原子序数 39），根据离子半径、电子构型等分为轻稀土元素（LREEs）和重稀土元素（HREEs）。全球主要开采地区有中国白云鄂博矿、美国山口矿等，中国储量和产量均居世界前列。REEs 广泛存在于多种矿物中，因其独特性质在众多行业需求不断增长。

稀土元素的应用

1. 传统材料：在传统材料领域，REEs 可增强金属物理性能，如添加到铝、钢中；在石油工业和空气污染控制中作为重要催化剂；稀土玻璃陶瓷在工业和日常生活中也有广泛应用，像 CeO₂用于阴极射线管（CRT）玻璃和玻璃抛光。但 REEs 需求增加带来环境问题，其开采和加工会造成重金属、U 污染，破坏生态系统，因此推进回收技术迫在眉睫。
2. 新材料：在新材料方面，REEs 不可或缺，尤其是在永磁体制备中。钕铁硼磁铁用于军事武器系统，钐钴磁铁适用于高温应用，稀土化合物还可作为铝合金腐蚀抑制剂等。不过，其在新材料中的快速应用增加了人类暴露风险，需权衡利弊。
3. 农业：农业上，REEs - 基肥料可促进作物生长、提高产量，因其离子半径与钙相似，能调节植物生长，但长期使用会导致其在环境中大量释放。研究发现，稀土肥料会使玉米根系积累 REEs，高浓度 La 会抑制大豆生长，蔬菜也可能积累 REEs，其潜在毒性尚不清楚，需进一步研究监测。
4. 医学：医学领域，REEs 应用广泛，如用于生物分子检测、成像、磁共振成像（MRI）对比剂等。CeO₂纳米颗粒（CeO₂ NPs）具有多种特性，在牙科、癌症治疗等方面有潜在应用，但安全性不确定；Gd^{3 +}在癌症光疗中有重要作用，但其盐形式在动物研究中显示有毒性，因此需持续研究监测其潜在毒性。

稀土元素的生物分布

REEs 可通过呼吸吸入、消化摄入、皮肤接触等多种途径进入人体，经呼吸道或消化道吸入是常见暴露途径。吸入的 REEs 可穿透肺泡上皮，进入血液循环，到达心、肝、肾等器官；也可通过食物链进入人体。长期低水平暴露可能影响血压、血细胞、神经反射和骨骼质量，部分 REEs 易在骨骼和牙齿中积累，影响骨骼健康。

稀土元素的毒性评估

1. 呼吸系统：体外研究表明，LaCl₃、CeCl₃、Nd₂O₃等 REEs 烟雾对肺组织有毒性，可引起细胞损伤、炎症因子合成释放增加等；体内研究发现，REEs 吸入可导致肺毒性，其严重程度受颗粒大小、暴露时间和剂量等因素影响，如较小的 CeO₂ NPs 可诱导更严重的肺部炎症反应，长期暴露还可能导致肺纤维化等疾病。
2. 心血管系统：体外实验显示，REEs NPs 可穿透气血屏障，与血管相互作用，对心血管系统产生毒性，如 YCl₃可导致心肌细胞 DNA 损伤、炎症反应等；体内研究发现，CeO₂ NPs 暴露会损害血管舒张功能，导致心血管功能障碍，目前对 REEs 暴露的慢性影响研究不足，需进一步开展长期研究。
3. 消化系统：研究表明，REEs 可经消化道进入人体，对消化系统尤其是肝脏功能产生毒性。亚急性暴露于 CeCl₃可诱导小鼠肝脏细胞凋亡、改变相关基因表达；长期暴露会导致肝脏炎症、坏死，还可能引起胃肠道病变，如 La 在胃肠道沉积会导致吞咽困难、恶心等症状。
4. 神经系统：体外研究发现，REEs 可通过多种机制影响神经元功能，如 LaCl₃可诱导神经元自噬、抑制乳酸代谢，影响学习记忆；体内研究表明，慢性暴露于 La 会导致学习能力下降、神经行为缺陷等，还可能破坏血脑屏障（BBB），影响大脑发育，其神经毒性与颗粒理化性质和靶向递送策略密切相关。
5. 免疫系统：部分研究显示，REEs 可损害免疫系统。如暴露于镧系元素（Ln）会影响小鼠细胞和体液免疫，Ce₂(NO₃)₃可抑制自然杀伤（NK）细胞活性、降低其比例，还会影响白细胞、淋巴细胞等数量及相关酶活性和血脂浓度。
6. 生殖系统：大量研究表明，REEs 暴露会损害生殖系统。Nd₂O₃ NPs 浓度过高会影响胚胎发育，YCl₃可导致睾丸细胞凋亡、自噬，损害雄性生殖功能；母体暴露于 CeO₂ NPs 会影响胎盘发育，增加流产风险，过量暴露还可能导致不孕或发育异常。
7. 其他系统：REEs 还会对其他系统产生影响，如与生物膜结合影响红细胞；在动物模型中显示出潜在致癌风险；长期暴露会导致骨代谢紊乱、降低骨密度；Lutetium - 177 治疗早期前列腺癌时可能引起骨髓抑制；血管内钆对比剂会导致代谢紊乱和肾脏损伤等。

稀土元素的毒性机制

1. 氧化应激：REEs 的化学性质和生物活性受多种因素影响，ROS 生成过多和氧化应激是其对生物体产生有害影响的重要机制。REEs 具有双重作用，低浓度时可能通过激活相关信号通路恢复氧化还原稳态，高浓度时则会产生过多自由基，导致氧化损伤，且不同细胞类型对其反应不同，在研究中需综合考虑多种因素。
2. 炎症：REEs NPs 暴露可刺激靶器官产生炎症反应。巨噬细胞暴露于 REEs 后会分泌促炎细胞因子、趋化因子等，如 CeO₂可直接刺激肥大细胞，引发肺部炎症，且 REEs NPs 的炎症潜力高于其他有毒颗粒。
3. 线粒体功能障碍：线粒体在细胞代谢中起关键作用，REEs 会影响线粒体功能。如 CeCl₃可激活 caspase - 3 和 - 9，抑制 Bcl - 2，促进 ROS 积累，诱导小鼠海马细胞凋亡；LaCl₃可改变神经元内 Ca^{2 +}浓度，影响线粒体凋亡途径。
4. 自噬：REEs 可诱导细胞自噬，如稀土氧化物纳米晶体是新型自噬诱导剂，Y 可通过 ROS - Ca^{2 +} - CamkII/AMPK 轴导致雄性生殖系统细胞死亡和自噬，LaCl₃可激活相关信号通路，增强自噬。
5. DNA、RNA 和蛋白质损伤：REEs 与 DNA、RNA 和蛋白质相互作用，影响其结构和功能。Ln 可催化磷酸酯键水解，La 金属 - 有机框架可改变 DNA 甲基化和去甲基化酶表达；REEs 还能稳定或破坏 DNA 结构，影响基因表达，在不同浓度下表现出不同作用，同时还会对 RNA 和蛋白质产生影响，其毒性机制仍在研究中。

结论

REEs 在工业上有显著效益，但广泛生产使用导致环境污染，威胁人类健康和生态系统。其可通过多种途径进入人体，在多个器官系统积累并造成损害，可能诱导氧化应激、破坏线粒体功能，影响呼吸、心血管、消化、生殖和神经系统。然而，其体内外毒性及机制尚不清楚，需要进一步开展流行病学研究，明确相关信号通路和上游调节因素，制定职业暴露限值和有效安全标准，以减少工人暴露风险。