《BMC Gastroenterology》：Mapping the biological effects of micro- and nanoplastics in mammalian intestinal models: a scoping review
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背景：微塑料与纳米塑料（micro- and nanoplastics, MNPLs）日益被视为具有胃肠道健康潜在影响的新兴环境污染物。尽管关于肠道MNPL毒性的实验研究迅速扩展，但现有证据在实验模型、聚合物组成、粒径、颗粒状态、暴露场景及生物学终点等方面仍高
背景：微塑料与纳米塑料（micro- and nanoplastics, MNPLs）日益被视为具有胃肠道健康潜在影响的新兴环境污染物。尽管关于肠道MNPL毒性的实验研究迅速扩展，但现有证据在实验模型、聚合物组成、粒径、颗粒状态、暴露场景及生物学终点等方面仍高度异质。因此，需要结构化的证据图谱以明确主要方法学模式并识别该领域关键知识空白。
方法：本研究依据乔安娜·布里格斯研究所（Joanna Briggs Institute, JBI）框架及PRISMA-ScR指南开展范围综述。在PubMed、Scopus和Web of Science中进行全面检索，以识别符合纳入标准的原始体外（in vitro）、离体（ex vivo）及体内（in vivo）实验研究，这些研究探讨MNPLs在哺乳动物肠道模型中的生物学效应。研究人员基于实验模型、颗粒特征、暴露场景及毒理学结局进行数据提取与综合。
结果：共从3，540条初始记录中纳入90项同行评审研究。证据基础明显由简化实验系统主导，其中体外研究占纳入研究的88.9%（n?=?80/90）。Caco-2系统总体上是主导实验平台（52.2%，n?=?47/90），而Caco-2单培养样模型占36.7%（n?=?33/90）。研究观察到显著的聚合物偏倚，聚苯乙烯（polystyrene, PS）出现在60.0%的纳入研究中（n?=?54/90）。纳米塑料是最常研究的粒径类别（60.0%，n?=?54/90），且多数研究使用原始颗粒（68.9%，n?=?62/90）。在现有文献中，最突出的证据主题包括氧化应激与线粒体损伤、摄取与转运、屏障功能障碍与通透性改变、炎症与免疫信号传导，以及细胞死亡或DNA损伤相关反应。
结论：本范围综述表明，肠道MNPL研究虽快速扩展，但在方法学上仍集中于简化体外系统，并受限于有限的聚合物类型与颗粒条件。尽管现有研究已产生重要的机制性见解，但未来进展将取决于更广泛地使用生理代表性肠道模型、环境相关聚合物以及更标准化的理化表征方案。上述发现为支持更具现实性和转化相关性的未来研究提供了结构化证据图谱。
临床试验编号：不适用。
方法
研究设计
本研究为范围综述，旨在系统映射微塑料与纳米塑料在哺乳动物肠道模型中生物学效应的实验证据。综述遵循乔安娜·布里格斯研究所（Joanna Briggs Institute, JBI）提出的方法学框架，并依据系统综述与范围综述首选报告条目（PRISMA-ScR）指南进行报告。该范围综述架构用于刻画微塑料毒理学实验研究的方法学格局，该领域目前以异质的暴露条件、多变的颗粒特征以及缺乏标准化实验框架为特征。方法学流程包括五个连续阶段：（i）拟定研究问题；（ii）通过结构化数据库检索识别相关研究；（iii）依据预先设定的纳入标准进行文献筛选；（iv）采用标准化图表框架进行数据提取；（v）对纳入研究进行描述性综合与证据映射。
检索策略与信息来源
研究人员在PubMed、Scopus和Web of Science核心合集三大科学数据库中进行全面文献检索。检索策略旨在捕获研究肠道系统中微塑料与纳米塑料生物学效应的研究。检索词通过组合与微塑料、肠道模型和毒理学反应相关的关键词制定。采用布尔运算符（AND， OR）组合检索词，检索范围涵盖标题、摘要和索引词，包括适用情况下PubMed中的医学主题词（MeSH）。针对Scopus使用TITLE-ABS-KEY字段，针对Web of Science使用TS（主题）参数。文献检索于2026年3月5日完成。此外，对所有纳入文章的参考文献列表进行人工筛查，以最大限度降低遗漏相关研究的风险。
纳入标准
纳入标准依据范围综述常用的PCC（Population–Concept–Context）框架界定。研究对象包括哺乳动物肠道系统，如人肠道上皮细胞系（如Caco-2、HT-29）、原代肠道上皮细胞、肠道类器官及啮齿动物肠道模型。研究主题聚焦于微塑料或纳米塑料暴露，涵盖聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等常用聚合物类型。研究背景限定为考察微塑料或纳米塑料颗粒暴露后生物反应的实验毒理学研究。纳入标准包括：原始研究论文；体外、离体或体内实验研究；考察微塑料或纳米塑料颗粒暴露的研究；报告生物学或毒理学终点的研究；以英文发表于同行评审期刊的论文。排除标准包括：综述、社论或评论；无全文的会议摘要；无生物学模型的环境监测研究；仅关注塑料添加剂而无颗粒暴露的研究；以及涉及鱼类或无脊椎动物等非哺乳动物的研究。
文献筛选
数据库检索获得的文献记录导入Rayyan平台进行去重和筛选管理。标题与摘要筛选依据预设标准进行，采用盲筛模式确保评审独立性。全文资格评估随后对通过第一阶段筛选的研究进行。语言资格在筛选过程中评估，最终仅纳入英文发表的研究。筛选程序包括两个阶段：标题与摘要筛选，以及全文资格评估。评审人员之间的分歧通过讨论直至达成共识解决。整体筛选过程以PRISMA-ScR流程图呈现。
数据提取
研究人员采用为本综述开发的结构化数据图表框架，独立对全部90项纳入研究进行数据提取。提取信息包括：作者与发表年份、来源国家、实验模型、聚合物类型、粒径与物理特征、暴露浓度与暴露时长、适用情况下的暴露途径、实验检测与分析方法以及生物学终点。为应对粒径报告差异，颗粒被划分为纳米塑料（<1000 nm）或微塑料（1–5000 μm）两个粒径队列。
数据综合
鉴于实验设计、颗粒特征、暴露条件和生物学终点的预期异质性，定量meta分析被认为不适用。研究人员采用描述性证据映射方法进行综合，依据实验模型类型、聚合物组成、粒径类别、暴露条件及生物学终点对纳入研究进行分类，计算频率分布以识别文献中最常研究的颗粒类型、暴露条件和生物反应，并通过图形化展示文献趋势。此外，研究还检查了跨研究模式，比较不同实验模型类型、聚合物类别、粒径类别和暴露场景下的生物学终点，用于识别重复出现的关联和差异。由于纳入研究的异质性，这些比较被解释为证据映射模式而非效应合并估计。综合发现示意图使用ChatGPT（OpenAI）生成，其科学内容由两位作者对照纳入文献进行严格审查和验证。
结果
文献筛选
在PubMed、Scopus和Web of Science中的系统检索共获得3，540条记录，包括PubMed 1，089条、Scopus 1，223条、Web of Science 1，228条。导入Rayyan平台去重后，1，616条独立记录进入标题与摘要筛选。第一阶段筛除1，454条不符合预设纳入标准的记录，主要原因包括缺乏微塑料或纳米塑料颗粒实验暴露、使用非肠道生物学模型或研究塑料添加剂而非颗粒本身。余下162篇进入全文评估，经全文筛选排除72篇，原因包括缺乏原始毒理学数据、使用非哺乳动物生物学模型或颗粒暴露方法学信息不足。最终90项研究符合纳入标准，纳入最终证据映射。
纳入研究特征
90项纳入研究共同描绘了哺乳动物肠道微塑料与纳米塑料毒理学不断演进的证据基础。发表模式显示近年来研究活动明显加速，表明胃肠道作为塑料颗粒暴露的主要且具有生物学意义的界面正获得日益增长的认可。整个文献中，体外模型明显占主导，Caco-2系统是研究上皮屏障损伤、细胞摄取和下游应激反应的主要实验平台。部分研究通过纳入产黏液共培养模型超越传统单培养设计，提高了生理相关性。体内啮齿动物研究通过捕获组织损伤、炎症信号、微生物扰动以及肠道暴露的全身性后果，补充了更高层次的生物反应。然而，类器官、三培养模型和肠道芯片系统的使用有限，表明该领域在方法学上仍偏向还原论设计，尽管正在出现向更复杂和更具转化信息价值的模型转变的趋势。
实验模型格局与复杂性
实验架构的映射揭示了一种以生理复杂性与实验可扩展性之间权衡为特征的方法学层级。简化的二维单培养系统构成文献的主要部分，Caco-2上皮单层是研究微塑料与纳米塑料暴露肠道反应的主要平台。该模型的广泛采用主要得益于其高通量能力和用于评估上皮转运过程、细胞毒性和氧化应激反应的成熟方案。在单培养系统之外，相当比例的研究采用多细胞共培养模型，最常结合Caco-2和HT-29细胞，引入分泌黏液的杯状样细胞，比标准上皮单层更接近肠道黏膜环境。相当大的文献比例还依赖体内啮齿动物研究，主要使用C57BL/6小鼠和Sprague-Dawley大鼠，能够研究更复杂的终点，包括肠道炎症、肠道菌群组成改变以及摄入塑料颗粒的全身分布。相比之下，先进的三维实验平台，如肠道类器官和微流控“肠道芯片”系统，在当前文献中仍很少出现。
理化多样性与聚合物偏倚
纳入研究所考察颗粒的理化景观显示聚合物组成、粒径和颗粒条件存在显著异质性。聚苯乙烯（polystyrene, PS）是最常研究的材料，其主导地位部分归因于商业可获得的相对均匀颗粒及其在实验系统中特性明确。相比之下，环境中普遍存在的聚合物如聚乙烯（polyethylene, PE）、聚丙烯（polypropylene, PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate, PET）代表性相对不足。粒径是生物相互作用的另一重要决定因素。纳米塑料（<1 μm）是最常研究的粒径类别（60.0%，n?=?54/90），其次为小尺寸微塑料（1–10 μm；54.4%，n?=?49/90）。大尺寸微塑料（>10 μm）考察较少（4.4%，n?=?4/90），而小部分研究采用跨多个粒径类别的混合尺寸设计（10.0%，n?=?9/90）。颗粒条件方面，大多数纳入研究使用原始颗粒（68.9%，n?=?62/90），消化修饰（10.0%，n?=?9/90）、老化或风化（8.9%，n?=?8/90）及产品释放颗粒（7.8%，n?=?7/90）代表性较低。总体而言，证据图谱显示颗粒理化特征的显著异质性，文献集中于相对标准化的实验室颗粒，而非环境与消费相关暴露场景中遇到的更广泛颗粒多样性。
讨论
方法学单培养：简化上皮模型的主导地位
当前研究格局的一个决定性特征是高度依赖简化的体外实验架构。Caco-2系统构成证据基础中的主导实验平台，单培养样构型占纳入研究的相当比例。这一方法学集中的重要性在于，模型架构能够影响MNPL暴露后观察到的反应幅度和生物学维度。Caco-2单培养的广泛采用在技术上是合理的，因为其能够分化为极化的肠上皮细胞样单层，并提供稳健可重复的平台用于评估上皮屏障完整性、跨上皮转运和细胞毒性反应。然而，这种便利性引入了显著的“复杂性缺口”。标准Caco-2单培养缺乏由杯状细胞产生的功能性黏液层，尽管摄入颗粒在到达上皮表面之前必须与肠道黏液屏障相互作用。因此，简化上皮系统可能过度代表直接的颗粒-细胞相互作用，而低估了黏液介导的颗粒截留和上皮暴露调节。多细胞共培养和三培养模型的出现代表了解决这些局限的重要步骤。通过纳入黏液分泌细胞、免疫相关组分或更复杂的上皮构型，这些系统提供了肠道黏膜界面更生理相关的表征，允许研究黏液依赖性转运、颗粒生物利用度以及不同肠道细胞群体间的相互作用。
质量、报告与可重复性
尽管本范围综述的主要目标是映射现有证据的广度和特征，未进行正式偏倚风险评估，但纳入研究的方法学和报告特征为当前证据基础的可解释性和可重复性提供了重要信息。90项纳入研究在实验模型、颗粒特征、暴露浓度、暴露时长和生物学终点方面存在显著差异。一个特别值得关注的问题涉及暴露表征的可重复性。粒径、形态、暴露浓度和颗粒条件在许多研究中未以同等详细程度报告。颗粒制备、分散程序、表征方法、暴露培养基和暴露时长的差异可能进一步影响颗粒聚集、沉降、细胞可用性以及肠道界面的有效暴露。因此，所报告生物学反应的差异可能不仅反映聚合物或粒径之间的内在差异，还可能反映实验设计和暴露构型的差异。未来研究应更一致地报告颗粒身份和理化特征，包括聚合物组成、粒径分布、形态、表面特性、颗粒条件、制备程序、暴露浓度和暴露时长。
聚合物偏倚与环境脱节
证据图谱中另一个重要模式是实验肠道毒理学研究中观察到的显著聚合物偏倚。PS明显主导当前证据基础，而环境中普遍存在的聚合物如PE、PP和PET代表性相对不足。这一失衡尤其值得注意，因为直接比较主要环境相关聚合物的研究表明，不同PE、PP、PET和PVC颗粒的肠道摄取和细胞反应可能存在差异，从而挑战以PS为中心的肠道MNPL毒性解释。现有证据表明，聚合物身份可能有助于解释肠道颗粒摄取和细胞反应的差异，但当前证据基础不允许进行稳健的聚合物特异性毒性排序。与PS相关的更多已报告生物学效应应在研究可用性和实验代表性的背景下解释，而非作为PS本质上比其他聚合物毒性更强的证据。这种聚合物失衡在将实验模型发现外推至环境相关的混合聚合物暴露时构成重要的不确定性来源。
“粒径缺口”：机制粒度与环境尺度
粒径是MNPLs在胃肠道环境内相互作用最重要的生物物理决定因素之一。当前证据基础表现出明显的纳米中心取向，纳米塑料是最常研究的粒径类别，而较大微塑料部分的代表性相对不足。纳米塑料在证据基础中的主导地位不应被解释为与微塑料相比具有固有更高毒性的证据，而应视为纳米尺度颗粒在机制和细胞研究中的强代表性，其小尺寸便于研究摄取、细胞内定位和颗粒-细胞相互作用。然而，对纳米尺度颗粒的强烈关注在实验模型与环境相关暴露场景之间引入了重要的尺度失衡。尽管纳米塑料可能是较大塑料碎片的次生降解产物，但真实世界暴露可能涉及更广泛的粒径分布，特别是通过物理碎裂过程产生的微米级碎片。
从原始颗粒到复杂生物界面
颗粒表面化学和由此产生的界面电荷是MNPLs在胃肠道微环境中行为的关键决定因素。证据图谱显示对原始颗粒（68.9%，n?=?62/90）的显著依赖。虽然使用原始颗粒便于在受控实验室条件下研究基线毒理学反应，但也提供了哺乳动物肠道复杂理化环境的简化表示。相比之下，使用环境或生理转化颗粒的研究仍然有限，消化修饰、老化或风化以及产品释放颗粒合计占纳入证据基础不到三分之一。在生理介质中，颗粒表面化学并非孤立作用，而是生物分子吸附和蛋白质冠形成的关键决定因素，这可在颗粒到达肠道上皮之前重新定义其生物身份。环境转化颗粒代表性不足尤为重要，因为MNPLs在实验室环境之外很少以原始状态存在。在自然和消费相关环境中，它们经历紫外线暴露、氧化、磨损、消化相关修饰以及从聚合物基产品中释放。
肠道菌群相互作用：一个新兴但未充分探索的轴
证据图谱将肠道菌群和益生菌相互作用确定为肠道MNPL研究中一个独特但代表性相对不足的维度。九项研究涉及菌群组成、微生物多样性或功能、益生菌活力或益生菌介导的颗粒相关肠道反应调节，涵盖人源粪便或模拟菌群系统、肠道上皮-菌群模型和益生菌相关实验构型。现有研究表明，菌群相关效应不仅限于微生物丰度或多样性的变化，还涵盖微生物功能改变、益生菌活力、颗粒相关微生物相互作用以及联合上皮-微生物系统中肠道反应的调节。然而，菌群模型和暴露构型的异质性目前阻碍了一致结论的得出。未来研究应将菌群包容性肠道模型与上皮、免疫和屏障终点整合，而非孤立地评估微生物变化。
人体健康相关性与环境暴露背景
纳入研究所用暴露条件与真实世界人体暴露估计之间存在显著差距。实验浓度不能直接等同于现实人体暴露水平，因为体外研究通常以培养基中的浓度表示暴露，而人体暴露由随时间的颗粒摄入量决定，并受吸收、胃肠道转运、颗粒滞留和清除的影响。现有评估显示，饮食暴露估计范围极广（0.0002–1，531，524个微塑料颗粒/天），差异归因于食物类型、分析方法、颗粒特征和暴露假设。因此，证据图谱中呈现的实验浓度主要应被视为在受控条件下研究生物反应所用的浓度，而非人体暴露的直接估计。主要转化缺口在于现实暴露条件与生理代表性肠道模型的整合有限。未来研究应优先考虑反映环境相关颗粒特征、现实浓度和时长及相关食物或胃肠基质的暴露场景。
局限
解释本范围综述结论时需考虑若干局限。首先，尽管在主要科学数据库中应用了系统检索策略，但综合仅限于所选数据库索引的同行评审研究，灰色文献中的相关证据可能未被捕获。其次，当前证据基础以显著方法学异质性为特征，纳入研究在颗粒形态、暴露浓度、实验模型、暴露时长和生物学终点方面差异很大，限制了直接跨研究可比性，并排除了进行正式定量综合或meta分析的可能性。第三，颗粒理化表征存在明显报告缺口，粒径信息常仅以宽泛类别报告而非精确数值或分布，这需要使用基于发生次数的计数方法来映射文献中的颗粒特征分布。最后，依据PRISMA-ScR框架，本研究目标为映射证据广度和特征而非进行正式偏倚风险评估，但缺少正式偏倚风险评估意味着无法确定单个研究发现的相对方法学质量或确定性。
结论
本范围综述映射了90项同行评审研究中肠道微塑料与纳米塑料研究的实验格局，并识别了当前证据基础中显著的方法学集中。体外研究占主导（88.9%，n?=?80/90），Caco-2系统是最常用的实验平台（52.2%，n?=?47/90），单培养样构型占36.7%（n?=?33/90）。聚苯乙烯亦显著过度代表，出现在60.0%的纳入研究中（n?=?54/90）。这些模式表明，当前机制理解主要来源于简化肠道模型和有限聚合物类型，限制了环境和生理代表性。颗粒表征和暴露报告中的显著异质性进一步限制了跨研究可比性。未来研究应优先考虑生理代表性肠道模型，包括类器官和器官芯片平台、环境老化或消化修饰颗粒以及标准化理化表征和暴露方案。总体而言，当前证据为肠道MNPL毒理学提供了坚实的机制基础，但标准化和环境代表性仍不足以支持稳健的转化解释。本文开发的证据图谱识别了优先方法学缺口，并为设计更现实、可比较和生理相关的研究提供了框架。
