《JOURNAL OF APPLIED TOXICOLOGY》：Nanoplastics: Methods, Exposure and Effects on Domestic, Farm and Wild Animals
纳米塑料（NPs）是粒径范围为1?nm至1?μm的合成聚合物颗粒，由于其多种负面效应，已被认为是生态系统与生物体面临的重大关切问题。本综述旨在对家养动物（即养殖动物和伴侣动物）及野生动物中与NPs暴露和效应相关的现有知识进行全面概述，而这一主题迄今仍处于起步阶段。这些动物的暴露途径多样，包括受污染的食物和水、吸入暴露、皮肤接触以及通过梳理行为摄入；对于宠物而言，还包括玩具/训练装置释放，以及因与人类主人生活于相同环境中而产生的长期吸入暴露。关于毒性，若干研究强调，在养殖动物中，NPs可扰乱肠道微生物群并破坏肠道通透性，同时引发生殖毒性和神经毒性效应。此外，鉴于养殖动物在食物链体系中的作用，NPs及其相关化学物质在动物组织中的潜在累积对食品安全构成显著威胁。水生和陆生野生动物（包括无脊椎动物和脊椎动物）可出现广泛的不良效应，包括氧化应激、神经毒性、免疫应答缺陷以及生殖和行为改变，而截至目前，尚无关于宠物负面效应的信息。尽管现有文献分析表明NPs构成的威胁不容否认，但当前检测技术的局限性说明该领域仍存在显著知识空白。因此，亟需方法学与技术层面的进步，以更准确地评估并阐明NPs对这些生物体构成的风险。
1 Introduction
文章首先界定纳米塑料（NPs）为粒径1?nm至1?μm的合成聚合物颗粒，并指出其常见材质包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）。按照来源，NPs可分为初生纳米塑料与次生纳米塑料：前者为人为制造并直接应用于涂料、黏合剂、生物医学材料、诊断装置及药物递送系统等；后者则主要来源于更大尺度塑料在生物与非生物风化作用下的破碎和降解。文章强调，NPs已广泛存在于水生、陆生及大气环境中，生物体主要通过受污染饮水、海产品、食物、食盐和饮料发生口服暴露，此外吸入暴露和皮肤暴露也已被证实。
随后，文章讨论了NPs与微塑料（MPs）的关系，指出二者在来源、环境进入途径和毒理学机制上高度关联，而多数次生NPs本身即由MPs进一步降解形成。相较于MPs，NPs因粒径更小、比表面积更大、质量更轻而被认为具有更高毒性，这些特征使其更易发生跨膜转运、跨越生物屏障并在组织内蓄积。文中总结，NPs可诱导氧化应激、线粒体与溶酶体功能障碍、炎症、细胞凋亡及遗传毒性。其毒性还受粒径、聚合物类型、暴露条件以及对塑料添加剂、重金属、多环芳烃、聚氯联苯和高分子有机污染物吸附/吸收能力的共同影响。
文章进一步指出，NPs监测目前存在关键分析缺口。尽管MPs在环境基质和生物样本中的检测技术已较成熟，但NPs检测仍处于初级阶段。作者系统概述了NPs分析前处理流程，包括有机质消解、酶处理、预浓缩、富集与分离，并指出检测策略可分为基于质量的方法与基于颗粒的方法。前者包括裂解气相色谱-质谱（Py-GC/MS）、裂解气相色谱/飞行时间质谱（Py-GC/TOF）、热脱附质子转移反应质谱（TD-PTR/MS）和高效液相色谱（HPLC）等；后者则包括成像技术、光谱技术、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等。对于粒径分布和形貌表征，还可采用动态光散射（DLS）、纳米颗粒追踪分析（NTA）、离心液体沉降（CLS）和场流分离（FFF）-多角度光散射（MALS）等先进技术。文章认为，只有通过改进样品制备、联合使用基于质量与基于颗粒的检测手段、并借助适宜参考材料进行方法验证，才能获得更可靠的NPs分析结果。
在研究背景层面，文章从“同一健康”（One Health）视角指出，随着塑料生产、消费和管理失当的持续增加，NPs污染问题将进一步加剧。相关研究已从单纯环境问题扩展至人类—动物—环境健康交互领域。作者认为，既往以人类为中心的研究框架低估了家养动物、养殖动物和野生动物的暴露及其潜在后果，因此有必要系统梳理NPs对不同动物类群的影响现状。
2 Nanoplastics in Farm Livestock and Poultry
本节聚焦养殖动物和家禽中的NPs暴露来源、体内检出及健康效应。文章指出，畜牧业高度依赖塑料材料，包括青贮袋、缠膜、覆盖膜、农药包装、排水管、塑料桶和塑料盆等，这些材料多由低密度PE、聚酰胺、PP或PS构成，同时还可能释放邻苯二甲酸酯和双酚A等有害化学物。农业生产中聚合物包膜肥料、地膜、果品保护泡沫、塑封青贮及塑料包装饲料的广泛使用，也进一步增加了养殖动物和家禽对MPs/NPs的暴露。
文章总结，养殖动物可通过饲料、植物、鱼粉、海藻等来源摄入MPs和NPs，也可因误食宏观或中观塑料废弃物而暴露。较大塑料在消化道内可进一步碎裂形成更易吸收的MPs和NPs。除摄食外，污染饮水是另一主要来源，塑料水箱和水管在磨损、挤压和日晒下可向水体释放塑料颗粒。空气传播也是重要途径，悬浮颗粒可通过呼吸道进入体内，或经黏液纤毛清除后吞咽进入消化道；此外，皮肤接触受污染水体亦可能构成经皮暴露。
文章提到，已有研究在绵羊、奶牛和家禽粪便中检测到MPs/NPs，并在不同养殖动物粪肥中发现高浓度塑料颗粒，还在荷兰养殖动物血样中证实其存在，提示这些颗粒具有跨越上皮屏障的能力。围绕健康效应，作者从消化、生殖与基因组、呼吸、免疫和神经系统五方面进行综述。
2.1 Digestive Effects
消化系统是暴露后的首要受累系统。文章指出，反刍动物摄入较大塑料异物后可发生瘤胃阻塞、消化不良以及以塑料为主的粪石形成，其他动物则可能出现创伤性病变。MPs和NPs还可引发肠炎、肠道菌群失衡和肠道微生物群改变，并通过增强肠道炎症反应、增加肠道通透性，使有害化学物和病原体更易穿越肠屏障。摄入颗粒还可诱导活性氧（ROS）介导的肠上皮细胞凋亡，从而损害肠屏障功能。对反刍动物而言，瘤胃内积聚的塑料既可释放多环芳烃、二噁英、邻苯二甲酸酯、聚氯联苯和重金属等污染物，也可形成球形团块压迫瘤胃壁，引起瘤胃乳头糜烂、溃疡和功能下降。家禽则可表现为采食量下降、肌胃容积减小、肠绒毛缩短和杯状细胞丢失。文章还指出，胃肠吸收后粒径小于20?μm的颗粒可进入不同器官，而直径小于10?μm的颗粒能够穿透细胞膜并损伤细胞内结构。
2.2 Reproductive and Genomics Effects
生殖系统被认为是塑料颗粒暴露的重要靶器官。文章援引啮齿动物证据指出，MPs和NPs可到达生殖道，减少卵泡数量，增加卵巢氧化应激和颗粒细胞凋亡，并引发卵巢炎症和卵母细胞质量下降。由于粒径较小，这些颗粒还能穿越胎盘屏障并转移至子代，导致炎症、胎儿发育受损、吸收率升高及胎盘和胎儿生长受限。雄性方面，可出现附睾活精子数下降、精子畸形率增加、精子活力下降、睾酮水平降低及睾丸生精异常。文章还强调，塑料添加剂如双酚A和邻苯二甲酸酯具有内分泌干扰作用，可抑制类固醇生成并损害排卵、黄体形成、精子发生及卵泡健康。与此同时，塑料颗粒吸附的持久性有机污染物（POP）亦可能通过干扰下丘脑-垂体-性腺轴造成生殖毒性。作者进一步指出，MPs和NPs可通过氧化应激诱导遗传和表观遗传改变，导致基因组不稳定，并可能影响品种质量。针对养殖动物的直接证据仍有限，但已有研究显示，100?nm NPs膳食暴露可降低蛋品质，表现为蛋壳厚度和强度、蛋黄着色及蛋重下降；体外研究还提示PS-NPs可对猪脂肪基质细胞、牛卵巢颗粒细胞和猪成肌细胞产生毒性、炎症及氧化应激效应。
2.3 Effects on the Respiratory Function
呼吸系统方面，塑料颗粒可通过血流转运至肺组织，也可直接经吸入含尘NPs进入肺部。现有体外证据表明，MPs和NPs暴露可诱导肺纤维化和炎症，进而降低呼吸效率。但文章明确指出，目前关于养殖动物和家禽真实呼吸系统损伤的资料仍明显不足。
2.4 Effects on the Immune System
免疫系统方面，塑料颗粒暴露可损害免疫细胞功能，尤其影响吞噬作用。文章总结，MPs和NPs可通过增加中性粒细胞和巨噬细胞数量，促进白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等细胞因子释放，诱导慢性炎症和免疫失调，长期则可能造成器官损伤并提升自身免疫性疾病风险。不过，也有体外研究显示PS-NPs暴露后牛卵巢颗粒细胞中白细胞介素-6（IL-6）表达未见负面变化，提示不同模型和终点之间可能存在差异。
2.5 Neurological Effects
神经系统方面，MPs和NPs可穿越血脑屏障并在脑组织中蓄积，从而抑制信号转导、神经发育及神经递质的合成与释放，同时诱导免疫激活和神经元凋亡。脑组织脂质对氧化损伤尤其敏感，因此可出现神经细胞膜和细胞器形态改变。文中列举的小鼠和鸡研究表明，PS-NPs可引起活动降低、行为变化，并下调与三磷酸腺苷（ATP）转运和细胞内分布相关的基因表达。
2.6 Detection of Micro and NPs in Food Intended for Human Consumption
文章最后讨论养殖动物中塑料颗粒对食品安全的影响。作者指出，MPs和NPs可作为食品中的物理污染物，并在动物组织与器官中积累，影响肌红蛋白含量和多种生物活性代谢物，诱导氧化应激、炎症和血管生成受损，最终降低肉品色泽和风味前体。瘤胃中较大塑料释放的二噁英、邻苯二甲酸酯和聚氯联苯还可通过乳和肉进入食物链。此外，屠宰和加工过程与塑料器具或包装接触，也可能进一步造成污染。总体而言，这些途径均可能使人类通过动物源性食品接触NPs。
3 Nanoplastics in Companion Animals
关于伴侣动物，文章指出目前仅有有限的MPs资料，而关于NPs暴露几乎尚无直接信息。尽管如此，由于犬猫与人类共享室内环境，其暴露水平可能与人类相当甚至更高。作者总结，伴侣动物可通过食物、水、异物、空气、塑料食盆、塑料玩具、训练器具、咀嚼棒及兽医牙科用品等多种来源接触塑料颗粒及其添加剂。工业加工和塑料包装也可能导致宠物食品污染。
在暴露机制上，文章特别强调伴侣动物自身行为特征的重要性，例如舔毛清洁行为可导致沉降颗粒的非自主摄入，而较低的呼吸高度可能增加其对再悬浮尘埃中塑料颗粒的暴露。与此同时，咀嚼行为可能加速玩具破碎并生成更小颗粒，增加NPs摄入风险。现有组织层面证据主要来自一项对死亡犬猫组织的研究，该研究在组织样本中检出粒径小于10?μm的MPs，并提示颗粒可能发生内化，但受限于分析技术，尚无法有效评估NPs污染。作者因此认为，伴侣动物作为人为污染空气暴露的哨兵生物，在“同一健康”框架下具有重要意义，未来应加强对其NPs监测研究。
4 Nanoplastics and Wildlife
本节综述野生动物中NPs的暴露特征与潜在生态健康影响。文章指出，野生动物可通过吸入空气中的污染颗粒、饮用受污染水体、摄食受污染猎物或植物，以及食物链传递和生物放大作用而暴露于NPs。文中举例说明，野鸟肺组织中已检出多种塑料类型，而甲壳类、软体动物、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类均可能因误食而发生消化道污染。
作者强调，NPs毒性受粒径、形状、化学组成及表面吸附污染物等因素影响，其中高比表面积与疏水性使其更易携带重金属、持久性有机污染物、其他有机化合物乃至病原体。环境类型和摄食习性也会显著影响暴露水平，如农业邻近土壤生物、港口附近海洋生物、滤食动物、空中食虫鸟及广食性或肉食性物种，均可能因生境与营养级特征承受更高暴露风险。文章指出，NPs不仅可造成氧化应激、脱氧核糖核酸（DNA）损伤和能量预算改变，还可影响呼吸、生长、游泳、繁殖及宿主—寄生关系。其内分泌干扰效应尤其值得关注，因为双酚A等未与颗粒共价结合的化学物能够穿膜进入细胞，干扰下丘脑-垂体-甲状腺轴及肾上腺-睾丸-卵巢相关轴，进而引发生殖毒性、神经毒性、细胞毒性、发育异常和精子质量下降。由于野外检测和尺寸区分类别存在难度，目前文献仍以实验室暴露研究为主。
4.1 Nanoplastics in Invertebrates
无脊椎动物是NPs实验研究最常用的模型类群。文章概述，实验研究显示NPs暴露可引起氧化应激、神经毒性、免疫反应缺陷、生长降低、行为异常、生殖损伤甚至死亡，涉及淡水、海洋和土壤无脊椎动物。野外证据方面，目前主要集中在人类可食用物种，如贻贝、蛤和牡蛎。相关研究已在意大利养殖贻贝、蒙特利尔市政排放区暴露贻贝、圣劳伦斯河口蛤类以及美国加尔维斯顿湾牡蛎中检测到NPs，并发现与健康状态受损或氧化损伤有关的信号。
4.2 Nanoplastics in Fish
鱼类研究以实验室数据为主。文章指出，NPs可在鱼类肠道、鳃和肝脏中蓄积，并伴随炎症、脂质积累及氧化应激相关蛋白改变；还可诱导中性粒细胞氧化爆发、脱颗粒和先天免疫应答增强。更重要的是，NPs能够进入鱼卵及穿越血脑屏障影响脑组织。营养级传递也是鱼类暴露的重要机制，经浮游动物传递的NPs可导致存活率下降、摄食减少、行为异常、脑活性降低及形态学改变。野外方面，目前主要证据为野生鱼类消化道和鳃中的NPs检出，表明自然种群已真实暴露，但其健康效应仍需进一步监测。
4.3 Nanoplastics in Amphibians
文章指出，两栖动物因生活史特征及长期依赖水环境而被认为是受MPs/NPs影响较重的类群之一。然而，目前尚无针对野生两栖动物中NPs污染及负面效应的现场研究。已有实验室研究表明，两栖动物能够摄入多种NPs，并出现免疫损伤、氧化应激、发育畸形、生长率下降及微生物组多样性降低等不良后果，因此作者建议未来重点开展真实环境中的调查。
4.4 Nanoplastics in Reptiles
爬行动物方面，现有文献多关注MPs而非NPs。文章指出，海龟等类群因摄食和繁殖行为持续暴露于塑料污染。关于NPs，作者总结了两个实验案例：其一，在中华鳖胚胎中，80?nm PS-NPs可穿透卵壳屏障到达发育中胚胎，并导致心动过缓、心率下降及肠道微生物群失衡；其二，在石龙子卵内，PS-NPs可发生蓄积，并引起胚胎心率上升、能量代谢紊乱和奔跑速度下降。这些结果提示，卵生爬行动物的胚胎阶段可能是NPs毒性的关键敏感窗口。
4.5 Nanoplastics in Birds
鸟类可通过受污染食物、水体及空气中的颗粒暴露于NPs，但暴露程度受觅食策略和食性显著影响。文章指出，尽管鸟类被视为塑料污染的重要哨兵物种，但现有研究主要集中于MPs，NPs资料仍然稀缺。已有野外研究在51种野鸟肺组织中发现包括PA66、PVC和PP在内的NPs，也在中国5种鸟类肠道中检出200–400?nm的NPs。作者认为，这些发现证实了鸟类存在吸入与摄食双重暴露，并提示环境类型及食性可能影响肺内污染负荷；关于毒性机制，则可能涉及凋亡、炎症和纤维化。
4.6 Nanoplastics in Mammals
对于野生哺乳动物，文章明确指出目前尚无关于NPs存在情况的直接资料。尽管其理论上可通过吸入、摄食及捕食受污染生物而暴露，但研究明显滞后。作者认为，鉴于野生哺乳动物在生态系统功能中的关键地位，未来应将其作为NPs生态毒理研究的重要方向。
5 Conclusions and Future Directions
结论部分指出，尽管近年来关于NPs的研究数量显著增加，但在不同动物类群中的资料仍然十分有限，尤其是伴侣动物和野生哺乳动物。与此同时，NPs作为新兴污染物，其检测和定量方法尚未成熟，严重制约了暴露评估和风险判定。作者强调，NPs的聚合物类型、形态特征及其结合其他分子的能力，使其毒理学效应具有高度复杂性和物种特异性。未来研究应突破单纯人类或环境中心视角，在“同一健康”（One Health）框架下整合动物—人类—环境关联，针对室内与室外暴露开展更多家养动物、伴侣动物和野生动物研究，并建立针对不同聚合物和不同基质的协调化、标准化与验证化方法体系，以支撑物种特异性的暴露评估与风险解析。
