不同微塑料和纳米塑料聚合物对胎盘体外模型中类固醇生成的影响

《Molecular and Cellular Endocrinology》：Effects of different micro- and nanoplastic polymers on steroidogenesis in a feto-placental in vitro model

　　

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  建立了胎盘体外BeWo b30/HUVEC/H295R三细胞培养模型。
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  所有荧光颗粒均从顶端迁移至基底侧。
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  在BeWo b30层检测到的荧光颗粒比HUVEC层更大。
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  在我们的模型中，暴露于微塑料后类固醇激素水平发生了变化。

引言

上个世纪以来，塑料的使用量大幅增加（Nayanathara Thathsarani Pilapitiya和Ratnayake，2024）。塑料由聚合物以及双酚和邻苯二甲酸盐等塑料添加剂构成，这些添加剂能够赋予聚合物所需的特性，如柔韧性或硬度。最常用的聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）（D. Li等人，2019；Makhlouf等人，2016；《塑料——事实：欧洲塑料生产、需求与废弃物数据分析》，无日期）。随着塑料使用量的增加，塑料废弃物也越来越多，其中近三分之二最终流入环境（Barbir等人，2021）。在这些环境中，塑料会通过光降解、水解降解、热氧化降解以及微生物降解等多种途径，分解为微塑料（小于5毫米）和纳米塑料（小于1微米）（Webb等人，2012）。在多种食品中都发现了微塑料和纳米塑料，比如盐（Karami等人，2017）、海产品（Catarino等人，2018；Giani等人，2019；Lopes等人，2020），以及啤酒和茶等饮料（Y. Li等人，2022）。因此，人类普遍会接触到微塑料和纳米塑料，近期研究还在人类血液（Leslie等人，2022）、胎盘（Ragusa等人，2021a）、羊水（Xue等人，2024）以及胎粪（Braun等人，2021a）中检测到了这类物质。这些样本中存在微塑料和纳米塑料，这引发了人们对其在孕期可能带来的健康影响的担忧。

胎盘是妊娠期间形成的临时器官，具有输送营养物质、起到屏障作用、作为活跃的免疫器官以及参与类固醇生成等重要功能。在妊娠过程中，类固醇的生成涉及母体、胎盘和胎儿之间复杂的相互作用（图1）（Morel等人，2016a）。类固醇激素的前体胆固醇由母体和胎儿共同产生。大约从妊娠20周开始，胎儿越来越依赖自身的胆固醇合成能力（Baardman等人，2012）。在胎盘中，胆固醇通过细胞色素P450(CYP)11A1和3β-HSD的作用转化为孕烯醇酮和孕酮。雄激素的生成主要由胎儿调控，因为胎盘中CYP17的表达水平较低（Escobar等人，2011）。在胎儿肾上腺中，孕烯醇酮会转化为17α-OH-孕烯醇酮，后者进一步转化为脱氢表雄酮（DHEA）及其硫酸化形式DHEA-S。DHEA-S是胎儿体内主要的循环类固醇，同时也是胎盘雌激素合成的前体（Pasqualini，2005）。在胎盘中，DHEA-S通过类固醇硫酸酶（STS）转化为DHEA。DHEA再通过3β-HSD转化为雄烯二酮，通过17β-HSD转化为雄烯二醇。雄烯二酮可直接转化为雌酮（E1），而雄烯二醇则先转化为睾酮，然后再通过CYP19氧化为17α-和17β-雌二醇（17αE2和17βE2）。E1也可通过17β-HSD转化为17αE2和17βE2。雌三醇（E3）是妊娠期间体内主要的循环雌激素（Parisi等人，2023），它是由胎儿和胎盘共同作用产生的。在胎儿肝脏中，DHEA-S通过CYP3A7的作用被羟基化为16α-OH-DHEA-S，随后被运输到胎盘。在胎盘里，它通过STS的作用脱硫酸化为16α-OH-DHEA，再通过CYP19的作用转化为16α-OH-E1，最后由17β-HSD1将其还原为E3。除了性类固醇激素外，胎儿肾上腺还会分泌皮质类固醇，主要是皮质醇和皮质酮。

由于类固醇生成的复杂过程涉及多个结构区域（即胎盘和胎儿）以及多种类固醇生成酶，因此很容易受到外部因素的干扰，这些干扰可能影响类固醇生成的任何环节。例如，已知一些塑料添加剂，如邻苯二甲酸盐和双酚，能够干扰类固醇生成（Gingrich等人，2020）。不过，目前关于不同塑料聚合物（颗粒）对类固醇生成影响的资料非常有限，尤其是在胎盘-胎儿单元中的作用。只有一项体内研究让怀孕小鼠及其雄性后代接触5毫克/升和50毫克/升的聚苯乙烯，结果发现与未接触该物质的小鼠相比，雄性后代的血清睾酮水平有所下降（Zhao等人，2023）。然而，啮齿动物的胎盘与人类胎盘存在很大差异，例如，啮齿动物有4层结构将母体血液和胎儿血液隔开，而人类只有3层。此外，啮齿动物在妊娠期间的类固醇生成主要由母体卵巢承担，而在人类则主要是胎盘发挥作用（Gude等人，2004；Morel等人，2016b；Panja和Paria，2021）。最近，人们利用人类绒毛膜癌细胞系BeWo b30和人类脐静脉内皮细胞（HUVEC）构建了一种Transwell共培养模型（van Boxel等人，2025）。这种结构与人类胎盘相似，但与实际情况不同的是，它只能分泌少量的类固醇激素，即孕烯醇酮、孕酮、可的松、皮质酮、17α-E2和17β-E2。为了更准确地模拟人类胎盘的屏障功能以及胎盘-胎儿单元中复杂的类固醇生成过程，本研究在之前建立的BeWo b30和HUVEC细胞的Transwell共培养模型（van Boxel等人，2025）基础上，又加入了肾上腺皮质癌细胞系H295R，从而构建了新的共培养模型。该模型经过特性分析后，被用于研究各类微塑料颗粒在胎盘中的转运情况及其对胎盘-胎儿单元类固醇生成的影响。

章节要点

细胞培养条件

BeWo b30细胞购自Addexbio（美国加利福尼亚州圣地亚哥市）。用于培养编号为4 - 12代的BeWo b30细胞的培养基为DMEM/F-12，其中添加了GlutaMAX?（10565018，Gibco），同时还加入了10%的胎牛血清以及1%的青霉素/链霉素。另外，还有一种1倍浓度的DMEM培养基，其中添加了DCS胎牛血清和1%的青霉素/链霉素，用作实验检测培养基。HUVEC细胞购自Lonza（美国北卡罗来纳州莫里斯维尔市）。编号为4 - 8代的HUVEC细胞的培养基为内皮生长培养基（CC-3124，Lonza），而实验检测所用的培养基为苯酚。

基础培养条件

由于需要将三种细胞系组合在一起培养，因此首先通过靛蓝绿素试验来检测线粒体活性、屏障完整性以及类固醇激素的组成，以此确定三细胞培养模型的适用性。结果表明，顶端使用BeWo b30细胞培养基，基底侧使用50/50比例的HUVEC/H295R细胞培养基，不会影响这些细胞系的线粒体活性（详细内容见S2部分）。为确认BeWo细胞的屏障功能

讨论

这是首项研究不同类型和浓度的微塑料在胎盘屏障中的转运情况，以及它们对胎盘-胎儿单元类固醇生成影响的体外研究。目前，关于胎盘的大多数研究都是在体内模型中进行的，而啮齿动物的胎盘在结构和功能上都与人类胎盘存在显著差异（Furukawa等人，2014）。例如，在啮齿动物中，母体血液和胎儿血液之间有五层结构相隔

CRediT作者贡献说明

Jeske van Boxel：概念设计、研究实施、方法学研究、结果可视化、初稿撰写、论文修改与润色。Sandra M. Nijmeijer：研究实施、方法学研究。Peter Cenijn：研究实施、方法学研究。Manuel T. Heinzelmann：研究实施、方法学研究。Hanna M. Dusza：研究实施、方法学研究、资源协调、论文修改与润色。Laurens D.B. Mandemaker：研究实施、方法学研究、资源协调、初稿撰写、论文修改与润色。Florian Meirer：

利益冲突声明

作者声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Majorie van Duursen表示获得了阿姆斯特丹自由大学的资金支持。其他作者则声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我要感谢Jacco Koekkoek在协助我使用四极杆质谱仪方面给予的帮助。这项研究得到了欧盟“地平线2020”研究与创新计划下AURORA项目的资助，资助协议编号为964827。

Jeske van Boxel|Sandra M. Nijmeijer|Peter Cenijn|Manuel T. Heinzelmann|Hanna M. Dusza|Laurens D.B. Mandemaker|Florian Meirer|Marja H. Lamoree|Majorie B.M. van Duursen