微塑料和纳米塑料（MNPs）对慢性气道炎症的影响

《Environment & Health》：The Effects of Microplastics and Nanoplastics (MNPs) on Chronic Airway Inflammation

　　

在过去的几十年里，产生了大量的塑料废物，导致了巨大的环境负担，进而使人类大量暴露于微塑料和纳米塑料中。然而，微纳米塑料（MNPs）对健康的影响直到最近才开始被认识到。越来越多的证据可能表明，这些颗粒可引起生长抑制、器官损伤、生殖毒性以及微生物群和代谢途径的紊乱。吸入是暴露的主要途径，尤其是在城市和职业环境中。吸入的MNPs可能通过氧化应激、线粒体功能障碍、上皮屏障损伤、T辅助细胞2型炎症以及炎症小体通路的激活，促进哮喘的发病和加重。同样，临床前数据表明，这些颗粒可能促进类似慢性阻塞性肺疾病的细胞损伤，涉及氧化应激、铁死亡、内质网应激和蛋白酶-抗蛋白酶失衡。除了对肺实质细胞的直接影响外，MNPs还可能破坏鼻腔和肺部微生物群，可能导致菌群失调，从而放大炎症反应和上皮功能障碍。本简明转化综述旨在整合来自近期体外和动物研究的最新分子和细胞证据，以及新兴的人类数据，以探索MNP暴露可能导致慢性气道炎症的潜在机制。

**论文解读：微塑料与纳米塑料（MNPs）对慢性气道炎症的影响**

**研究背景与问题**
过去数十年间，塑料废弃物的巨量产生造成了严重的环境负担，导致人类广泛暴露于微塑料和纳米塑料（MNPs）。尽管MNPs在多种人体组织和体液中已被检出，但由于分析限制和程序性污染风险，其确证仍具挑战。现有证据表明，MNPs可引发氧化应激、炎症、遗传毒性及内分泌、免疫、生殖功能紊乱，且其毒性受粒径、电荷、表面化学、剂量、暴露时长及与其他污染物共暴露等因素调节。吸入是城市和职业环境中MNPs暴露的主要途径，而MNPs对慢性气道炎症（如哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD））的影响机制尚未完全阐明。该研究旨在整合体外、动物及新兴人类数据，系统阐述MNP暴露通过氧化应激、线粒体功能障碍、上皮屏障损伤、免疫失调及微生物组改变等途径驱动慢性气道炎症的潜在机制，以填补机制认知与长期健康结局方面的空白，为风险评估与缓解策略提供依据。论文发表在《Environment》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用系统性文献检索策略，从Scopus、PubMed和Web of Science数据库中筛选2015至2025年间关于吸入暴露的原创研究，共纳入41篇符合标准的论文。研究涵盖多种分析技术，包括显微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）、荧光显微镜、热裂解气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）以及激光直接红外（LDIR）成像，用于检测空气中MNPs的丰度、粒径与聚合物类型。此外，整合了体外细胞模型（如人支气管平滑肌细胞、人肺泡上皮细胞、巨噬细胞）、动物模型（如小鼠哮喘模型、COVID-19感染模型）及肺芯片模型（lung-on-a-chip）的毒理学数据，以阐明机制。

**研究结果**

**1. 暴露途径与模式**
通过分析职业暴露（如塑料制造、3D打印、橡胶工业、废物处理）及一般人群暴露（城市交通、室内尘埃、焚烧）的研究，发现吸入MNPs的粒径范围广泛（2.5–5000 μm），主要聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等。研究估计，成年人通过吸入的MNP摄入量可能超过经口摄入量，尤其在交通密集的城市环境中。

**2. 对哮喘的影响**
体外和动物实验表明，MNPs可通过以下途径促进哮喘样病理改变：
- **线粒体功能障碍与氧化应激**：PS纳米颗粒（NPs）抑制氧化磷酸化和糖酵解，增加活性氧（ROS），导致线粒体呼吸受损，并在哮喘支气管平滑肌细胞中表现出更高敏感性。
- **上皮屏障损伤与炎症通路激活**：NPs激活表皮生长因子受体-细胞外信号调节激酶（EGFR/ERK）通路，增加Th2细胞因子（IL-4、IL-13）、免疫球蛋白E（IgE）和嗜酸性粒细胞募集；同时激活NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体，释放IL-1β和IL-8。
- **与过敏原协同作用**：PS微塑料（MPs）与尘螨（HDM）共暴露可加重气道炎症、黏液分泌和气道高反应性。
- **促进病毒易感性**：PS NPs增强甲型流感病毒进入细胞并抑制干扰素β（IFN-β）产生，可能加剧哮喘急性发作。

**3. 对慢性阻塞性肺疾病（COPD）的影响**
动物及体外实验显示，MNP暴露与COPD早期标志物相关：
- **氧化应激与蛋白酶-抗蛋白酶失衡**：PS NPs诱导氧化应激，上调细胞间黏附分子-1（ICAM-1）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9），下调抗蛋白酶α1-抗胰蛋白酶（AAT），导致肺功能下降和气道阻塞。
- **铁死亡与内质网应激**：PS NPs通过铁依赖的脂质过氧化促进铁死亡，并诱发内质网（ER）应激，参与肺结构破坏。
- **肺芯片模型**：PS NPs通过巨噬细胞和上皮细胞摄取，破坏肺泡-毛细血管屏障，降低AAT表达，模拟COPD样损伤。

**4. 对呼吸道微生物组的影响**
MNPs可诱导鼻腔和肺部微生物群失调（dysbiosis）：PS MPs富集致病菌属（如葡萄球菌属Staphylococcus、罗斯氏菌属Roseburia），减少有益菌群，促进促炎环境。此外，纤维状MPs增加黏液分泌、IgE水平及Th2/Th1细胞因子改变，并激活NLRP3炎症小体，驱动慢性炎症。

**5. 城市化与西方生活方式的作用**
城市化伴随的交通排放、合成纺织品和废弃物堆积增加了空气中MNP浓度。西方饮食（高加工、低纤维）与MNP暴露通过肠-肺轴协同加剧全身和肺部炎症，而体力活动减少和城市压力进一步加重氧化应激与免疫失衡。

**讨论与结论**
讨论部分指出，尽管临床前数据支持MNPs通过多重机制促进哮喘和COPD的发病与加重，但人类流行病学证据仍然匮乏，尤其缺乏对儿童、老年人及已有气道疾病等脆弱人群的研究。当前研究存在关键知识缺口：缺乏标准化的采样、检测和表征方法；吸入暴露数据数量有限且异质性高；多数动物实验采用高剂量急性暴露，无法反映真实环境中的慢性低剂量暴露。结论部分总结：MNPs正成为日益重要的环境暴露因素，通过氧化应激、上皮屏障破坏、免疫失调、铁死亡和微生物组改变驱动慢性气道炎症。人类每日可能吸入数千个MNP颗粒，但临床意义仍不明确。亟需建立标准化定义、统一检测方法，并开展针对慢性低剂量暴露的流行病学研究，以指导临床实践、公共卫生干预和监管政策。