编辑推荐：
本文聚焦纳米颗粒（NPs）在母乳中的潜在渗透问题。研究从 53 位哺乳期母亲采集母乳样本，发现 42 份样本含 NPs，确定其化学组成、表面电荷等特性。还通过小鼠实验揭示 NPs 渗透机制及影响因素，对保障母婴健康意义重大。
研究背景
母乳对婴儿健康至关重要，不仅提供关键营养物质，还给予免疫保护，有力支持婴儿的生长发育。然而，母亲在孕期或哺乳期若暴露于环境污染物中，就可能导致母乳被污染，进而威胁婴儿健康。过去几十年，人们在保护孕产妇免受有害物质侵害方面做出诸多努力，像重金属（如铅、汞、镉）、环境持久性有机污染物（如二噁英、多氯联苯、全氟烷基物质）以及病原体（如 HIV、乙肝病毒）等，监管机构也制定了相应指南。
近年来，纳米颗粒（NPs）因其独特的物理化学性质，在材料科学、生物医学、环境科学等领域得到广泛应用。随着纳米技术的迅猛发展，NPs 越来越多地释放到环境中，污染空气、水和食物。一旦进入人体，NPs 能与生物系统相互作用，可能引发肺部纤维化、致癌、炎症和免疫抑制等不良后果。但目前，NPs 对母乳的潜在影响却鲜有人研究。
哺乳动物进化出了复杂的屏障系统，用于调节物质进入母乳的过程。物质经摄入或吸入后，需先穿透肠 - 血屏障或气 - 血屏障进入体循环。在乳腺毛细血管中，上皮细胞会选择性吸收合成母乳成分（如蛋白质、脂肪和乳糖）所需的营养物质，这些成分随后通过胞吐作用和脂肪球分泌等过程分泌到腺泡腔中。血乳屏障（BMB）则起着关键的保护作用，防止血液和母乳之间物质的无序交换。不过，一些有害物质仍能突破这道屏障，比如 HIV 可通过受感染细胞从血液迁移进入母乳，变应原蛋白能经胞吞作用穿越 BMB。已有研究报道，Ag、ZnO 和 TiO?等 NPs 可能通过上皮细胞破坏在乳腺中积累，但 NPs 穿越 BMB 的体内实时可视化和生物模型实验验证仍存在空白，其具体机制尚不清楚。鉴于 NPs 的尺寸范围（1 - 100nm）与蛋白质和病毒重叠，研究人员推测 NPs 可能通过上皮屏障破坏以外的其他机制渗透进入 BMB。
研究方法
为验证这一假设，研究人员从 53 位哺乳期母亲处收集了母乳样本，并采用消化 - 超速离心法分离 NPs。同时，设置了环境空白（EBL）和程序空白（PBL）样本作为对照。利用透射电子显微镜（TEM）、光学显微镜、纳米颗粒跟踪分析（NTA）、能量色散 X 射线光谱（EDX）、X 射线衍射（XRD）、zeta 电位分析和电感耦合等离子体质谱（ICP - MS）等技术，对分离出的颗粒进行全面表征。
研究人员选择了在母乳样本中频繁检测到的 SiO? NPs 作为代表性颗粒，采用金属（金纳米颗粒）和荧光（异硫氰酸荧光素，FITC）双标记技术，制备了 FITC - SiO?@Au 核壳结构，以便利用多模态成像技术高分辨率追踪其生物分布。此外，还运用毛细管电泳 - 激光诱导荧光（CE - LIF）技术定量检测母乳样本中的 SiO? NPs 水平。
实验选用 8 周龄的 ICR 小鼠，将其饲养在特定病原体 - free（SPF）环境中。根据人类暴露剂量估算小鼠的等效剂量，让雌性小鼠通过口咽吸入（OPA）或灌胃（IG）方式暴露于 SiO? NPs。实验设置了 9 个组，包括不同类型的 SiO? NPs 处理组和对照组，每组小鼠在整个 7 周的研究过程中接受 7 次暴露。在小鼠产后第 3 天开始每天收集母乳样本，并储存于 - 80°C 用于后续分析。
研究结果
在 53 份母乳样本中，42 份检测到了 NPs，而 EBL 和 PBL 样本中均未发现 NPs。这些 NPs 的总数量在 6.94×10? - 1.12×1011 颗粒 /mL 之间，平均流体动力学尺寸范围为 145 - 268nm，最小尺寸为 26.5nm，最大尺寸为 1000nm，且表面均带负电荷，ζ 电位在 - 30 至 - 5mV 之间。
通过 EDX 分析，在 42 份样本中检测到 9 种元素，包括 O、Si、Fe、Cu、Al、F、Mg、Ti 和 Zn。ICP - MS 分析量化了各 NP 样本中金属和 Si 元素的百分比，结果显示 Si 是含量最丰富的元素，平均浓度为 35.42ng/mL，随后依次为 Mg（16.27ng/mL）、Fe（15.80ng/mL）、Al（13.09ng/mL）、Zn（7.74ng/mL）、Cu（3.39ng/mL）和 Ti（2.25ng/mL）。XRD 分析确定了 NP 颗粒的主要晶相为 SiO?、Fe?O?、CuAlO?、TiO?和 Al?SiO? 。多变量线性回归分析表明，面粉摄入是母乳中 NPs 存在的一个重要影响因素。
在小鼠实验中，经口咽吸入或灌胃暴露于标记的 SiO? NPs 后，TEM 图像清晰显示处理组小鼠的母乳样本中存在 FITC - SiO?@Au 核壳结构。CE - LIF 分析量化了母乳样本中 FITC - SiO?@Au 的浓度，发现灌胃暴露导致母乳中 SiO? 水平比口咽吸入暴露高两倍，表明在相同暴露剂量下，摄入会使更多 NPs 渗透进入母乳。
研究人员制备了 5 种不同尺寸和表面电荷的 SiO? 纳米形式进行结构 - 活性关系（SAR）分析。结果发现，表面电荷为中性的小尺寸 SiO?（SiO? - sn）在母乳中的积累量最高，而中等尺寸（SiO? - ma）和大尺寸（SiO? - la）的颗粒处理组显示出较低的渗透水平。
通过活体共聚焦荧光显微镜观察发现，摄入的 FITC - SiO?@Au 在小鼠摄入 120 分钟后出现在血管中，150 分钟后在乳腺腺泡腔中逐渐积累。TEM 观察进一步证实了 NPs 在乳腺上皮细胞中的典型胞吞过程，并且在腺泡腔中也检测到了 FITC - SiO?@Au 的核壳结构。
对免疫细胞抑制（ISI）和胞吞作用抑制（TI）的小鼠模型研究发现，与对照组相比，ISI 和 TI 小鼠乳腺腺泡腔中 SiO? NP 的积累显著减少，定量分析表明，免疫细胞抑制和胞吞作用抑制分别导致小鼠母乳中 SiO? NP 水平下降 98% 和 75%。这表明免疫细胞介导的转运和胞吞作用在促进 SiO? NP 穿越血乳屏障中都起着关键作用。基于这些结果，研究人员提出了 SiO? NP 渗透进入母乳的轨迹途径，包括穿过肠 / 气 - 血屏障、在血管中循环、通过胞吞作用或免疫细胞介导的转运穿越血乳屏障、在腺泡腔中积累，最终进入母乳。
研究讨论
此前已有大量研究致力于了解 NPs 在体内的生物学命运，众多证据表明 NPs 能够穿越生物屏障并分布到人体各个器官和组织中。例如，在人体肝脏、脾脏、肾脏和肠道的死后样本中检测到了 SiO? 和 TiO? 纳米颗粒；吸入的 NPs 甚至可以突破气 - 血屏障和血 - 脑屏障进入大脑；环境中的黑碳颗粒能够穿透胎盘屏障在胎儿体内积累；碳纳米管则可穿越气 - 血屏障并通过血液循环到达肝脏和脾脏。鉴于 NP 暴露对人类健康的重大威胁，世界卫生组织（WHO）自 2021 年起为空气中的 NPs（<10nm）设定了安全阈值（2×10?/cm3）。由于婴儿的内脏器官和神经系统发育尚未成熟，环境污染物通常对婴儿的风险更大。尽管母乳喂养对婴儿健康有诸多益处，但纳米颗粒在血乳屏障处的生物学行为仍是一个关键却未被充分探索的领域。
本研究提供了母乳中 NPs 的全面化学特征。从母乳中分离出的 NP 颗粒含有 9 种元素，研究人员对其元素组成、表面电荷、流体动力学尺寸、颗粒数量和晶相进行了广泛分析，比以往研究更详细地描绘了母乳中 NP 污染的情况。不过，F、Zn 和 Mg 在 XRD 光谱中未被检测到，可能是因为它们以无定形相存在，或者其结晶形式低于 XRD 的检测阈值。
以往也有研究报道过母乳中存在纳米颗粒，但主要集中在特定类型的颗粒，如微 / 纳米塑料、炭黑和含金属混合颗粒等，所提供的化学特征较为有限。相比之下，本研究对母乳中 NPs 的化学特征分析更为全面，涵盖了颗粒数量、元素组成、尺寸分布、表面电荷和晶体结构等多个方面，有助于更深入地了解母乳中 NPs 的物理化学性质及其对母婴健康的潜在影响。
在 NPs 渗透进入母乳的机制方面，以往研究怀疑连接间隙和乳腺免疫细胞在促进 NP 穿越血乳屏障中起重要作用。本研究开发了高灵敏度的体内检测技术，通过荧光和金属标记以及 CE - LIF 定量分析，精确追踪了 NP 在生物屏障中的移动，并确定了其在血管、乳腺毛细血管、上皮细胞层和腺泡腔等关键部位的存在，绘制出了 NP 从口服 / 呼吸道暴露到在母乳中积累的高分辨率渗透过程图。研究突出了胞吞作用是 NP 穿越 BMB 的关键机制，并提供了荧光标记的纳米颗粒穿越 BMB 的体内视频，实现了对这一过程的实时可视化。此外，本研究采用的口服和呼吸道给药方式更贴近现实世界中人类的暴露场景，而以往研究多依赖静脉注射。
虽然从母乳中收集的所有 NPs 均显示带负电荷，但小鼠实验中的 SiO? NPs 表明，中性和带正电荷的 NPs 对母乳的渗透能力更强。这种差异可能是由于生物冠的形成。在母乳中，蛋白质、脂质和其他小生物分子容易吸附在 NP 表面，改变其物理化学性质，使其电荷向负性转变，而小鼠实验中使用的是未形成生物冠的裸露 SiO? NPs，反映了其固有的表面电荷，这凸显了天然表面性质在 NP 渗透进入母乳中的作用。
本研究将人体和动物研究相结合，加深了对纳米颗粒渗透进入母乳机制的理解。在人体母乳中鉴定出 SiO? 是最丰富的 NP，为选择其作为小鼠渗透轨迹途径分析的模型 NP 提供了有力依据，确保动物研究能紧密反映现实世界中人类的暴露情况。多变量线性回归分析表明，摄入含颗粒的面粉是 NPs 渗透进入母乳的重要因素，动物研究也证实口服暴露比呼吸道暴露导致母乳中 NP 积累更多。人体和动物数据的一致性增强了对 NP 跨生物屏障转移机制的理解，强调了饮食调节在减少母亲 NP 暴露中的重要性，减少摄入受 NP 污染的食物可能是减少母乳中 NP 暴露的有效方法。
研究结论
本研究对母乳中 NPs 的存在、化学特征和渗透机制进行了全面的调查。研究结果证实了母乳中广泛存在 NPs，分离出的 NP 颗粒至少含有 9 种元素。研究人员详细描述了母乳中 NP 污染物的化学特征，利用多模态成像技术实现了对 NP 在关键部位渗透轨迹的高分辨率可视化。确定了胞吞作用和免疫细胞介导的转运是 NP 穿透血乳屏障的关键机制，结构 - 活性关系分析进一步表明，较小的、中性电荷的 NPs 对母乳的渗透能力更强。这些研究成果为深入了解纳米颗粒对母婴健康的影响提供了重要依据，也为制定相关预防和控制措施提供了理论支持。
