微塑料通过氧化应激介导的DNA损伤和凋亡损害猪卵母细胞质量的代谢组学机制

针对微塑料(MPs)对雌性生殖系统的潜在危害，研究人员通过代谢组学分析发现MPs暴露通过干扰胆碱和肌酸代谢、降低谷胱甘肽(GSH)水平，破坏猪卵母细胞减数分裂过程中的氧化还原平衡，导致线粒体功能障碍、ROS积累和DNA损伤，最终降低卵母细胞成熟质量。该研究为MPs生殖毒性机制提供了新见解。

　　

随着塑料制品的广泛使用，微塑料（Microplastics, MPs）已渗透至生态环境和食物链的各个环节。近年研究发现，MPs可通过生物屏障进入生殖系统，但其对哺乳动物卵母细胞成熟的具体影响机制尚不明确。这一问题对畜牧业繁殖效率和人类生殖健康构成潜在威胁，亟待深入研究。

为揭示MPs对卵母细胞减数分裂的毒性机制，研究人员以猪卵母细胞为模型，通过代谢组学结合细胞生物学方法系统评估了MPs暴露对卵母细胞成熟质量的影响。研究发现MPs会显著降低卵母细胞第一极体排出率，并引发纺锤体异常、染色体排列紊乱和皮质肌动蛋白分布改变。这些发现发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上，为MPs的生殖毒性提供了重要证据。

研究采用的主要技术包括：卵母细胞体外培养体系（使用屠宰场获取的猪卵巢）、免疫荧光染色（检测α-微管蛋白、γH2A.X等）、线粒体功能分析（MitoTracker染色和ATP检测）、氧化应激指标检测（GSH和ROS水平测定），以及基于LC-MS的非靶向代谢组学分析（使用300个卵母细胞/组）。

研究结果部分：

1. MPs阻碍猪卵母细胞成熟：通过破坏纺锤体组织和染色体排列
   MPs暴露显著降低极体排出率（50 μg/mL组降至28.4%），并导致46.5%的卵母细胞出现纺锤体异常，32.8%出现染色体错位。

2. MPs暴露破坏卵母细胞肌动蛋白分布
   皮质肌动蛋白荧光强度从对照组的38.4降至MPs组的26.8，且胞质肌动蛋白几乎消失。

3. 代谢组学分析揭示MPs影响的通路
   发现42种差异代谢物，主要涉及胆碱、肌酸、半胱氨酸和精氨酸代谢。关键代谢物如胆碱、肌酸和氧化型GSH水平显著降低。

4. MPs破坏卵母细胞线粒体动力学
   线粒体荧光强度从40.4降至28.3，ATP产量从10,382.4降至4,601.3，表明能量代谢严重受损。

5. MPs降低GSH合成并导致ROS过度产生
   GSH水平从10.9降至3.5，而ROS水平从35.6升至54.1，证实氧化还原平衡被打破。

6. MPs触发DNA损伤和凋亡
   γ-H2AX信号强度从1.4增至3.5，凋亡信号从4.3升至6.8，显示细胞损伤加剧。

讨论与结论部分指出，MPs通过干扰胆碱-肌酸-GSH代谢轴，破坏线粒体功能和氧化还原平衡，最终导致卵母细胞质量下降。胆碱代谢紊乱影响膜结构和表观遗传修饰，肌酸代谢异常导致ATP供应不足，GSH耗竭则使细胞失去抗氧化能力。这种多层次的代谢干扰引发ROS积累、纺锤体异常和DNA损伤，严重影响卵母细胞成熟。该研究不仅阐明了MPs生殖毒性的分子机制，也为评估MPs对畜牧业和人类生殖健康的潜在风险提供了重要依据。

值得注意的是，研究首次在代谢水平揭示了MPs影响卵母细胞成熟的机制，特别是发现了胆碱和肌酸代谢的关键作用。这些发现为开发针对MPs生殖毒性的干预措施（如抗氧化剂补充）提供了理论支持，对保障畜牧业繁殖效率和人类生殖健康具有重要意义。