母体同时暴露于聚苯乙烯微塑料和DEHP会损害成年大鼠后代的甲状腺功能

《Environmental Pollution》：Maternal co-exposure to polystyrene microplastics and DEHP impairs thyroid function in adult rat offspring

　　

摘要

母亲同时接触聚苯乙烯微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯可能会对后代的内分泌发育造成风险，不过这两种污染物的联合效应目前仍不明确。研究中的孕鼠在妊娠期和哺乳期分别或同时接触这两种物质，之后对成年后代的下丘脑-垂体-甲状腺轴功能及肠道微生物群组成进行了检测。单一污染物暴露就会改变甲状腺激素水平及下丘脑-垂体-甲状腺轴相关基因的表达，而两种污染物共同暴露则会进一步加剧这些异常，导致后代甲状腺刺激素水平更低、甲状腺激素水平更高，且雌雄后代的Nis基因表达均出现均匀下调现象。研究还发现下丘脑和垂体基因的表达存在性别差异，表明上游的下丘脑-垂体-甲状腺轴调节机制可能通过性别差异的方式被破坏。此外，共同暴露还会导致甲状腺滤泡上皮细胞结构受损，氧化应激指标上升。在同时接触两种污染物的后代中，肠道微生物组分析显示拟杆菌属数量减少，肠球菌属数量增加，这是最显著的群体结构变化。不同处理组中肠道微生物组组成与下丘脑-垂体-甲状腺轴功能的同步紊乱，为肠道-大脑-甲状腺轴功能紊乱模型提供了依据。我们的研究结果表明，母亲同时接触聚苯乙烯微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯会通过多种毒性的叠加与协同作用，导致后代出现性别差异性的甲状腺内分泌紊乱，因此仅依靠单一污染物模型很可能低估了现实环境中塑料混合物带来的发育健康风险，未来进行环境风险评估时需充分考虑污染物之间的相互作用以及性别差异带来的影响。

引言

微塑料（尺寸小于5毫米）已在包括血液、母乳、胎盘组织在内的大量人体生物流体和组织中被检测到，这表明人体对微塑料的暴露并非短暂现象，而是持续存在的(1)、(2)。微塑料可通过吸入和摄入进入人体³⁴。一旦被吸收，体积较小的塑料颗粒——尤其是纳米塑料和亚微米级微塑料——能够穿透包括血脑屏障⁵和胎盘屏障⁶在内的重要生物屏障。动物实验表明，微塑料暴露与氧化应激⁷、心血管功能障碍⁸、代谢紊乱⁹以及内分泌失调¹⁰有关。更重要的是，无论是在动物模型还是人类研究中，都已证实微塑料可以透过胎盘，这让人担忧在胎儿发育的关键时期微塑料会在其体内积累，而这一阶段的内分泌系统尤其容易受到永久性改变¹¹。

在易受化学物质干扰的内分泌轴中，下丘脑-垂体-甲状腺轴在胎儿期和出生后的早期阶段尤为敏感¹²。甲状腺激素对神经元的迁移、髓鞘形成以及突触成熟至关重要，即使在发育关键期出现短暂的激素缺乏，也可能会造成无法通过产后激素补充完全修复的永久性神经系统损伤(13)、(14)。然而，在现实环境中，微塑料很少以孤立形式存在。由于其表面积与体积比高且表面具有亲脂性，微塑料很容易吸附环境中的其他污染物，成为将这些化学物质输送到生物体内的载体，这种现象被称为“特洛伊木马效应”¹⁵。

邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯是一种广泛使用的塑料增塑剂，也是一种已知的内分泌干扰物¹⁶。成年小鼠接触该物质后，其肠道微生物群组成会发生改变，甲状腺激素信号传导也会受到影响¹⁷。先前的研究已经表明，当微塑料与其他塑料相关添加剂共同存在时，会出现协同的内分泌干扰效应¹⁸。不过，母亲同时接触微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯是否会对后代的甲状腺功能产生更严重的影响，以及这种相互作用是否属于协同效应，目前仍不清楚。

肠道微生物组被认为是环境污染物暴露与甲状腺功能之间重要的关联因素¹⁷。肠道细菌可以通过还原脱卤作用以及肠肝循环参与甲状腺激素的代谢¹⁹，而且肠道产生的代谢物和神经肽信号可以影响下丘脑中的NPY基因表达²⁰，进而间接影响垂体分泌甲状腺刺激素²¹。在动物模型中，微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯都会单独改变肠道微生物的组成，使厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度发生变化(22)、(23)，同时还会降低那些能够产生短链脂肪酸、维持肠道屏障完整性和全身免疫耐受性的微生物种类数量²⁴。目前尚不清楚同时接触微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯是否会进一步扰乱肠道微生物组，以及这种扰乱是否会导致后代的下丘脑-垂体-甲状腺轴功能异常。

在本研究中，我们假设微塑料可以作为邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的载体，加剧肠道菌群失衡，进而比单独接触任一污染物时造成更严重的跨代下丘脑-垂体-甲状腺轴功能紊乱。为此，我们让孕鼠在妊娠期和哺乳期分别或同时接触微塑料、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯或其混合物质。通过检测后代的甲状腺激素水平、下丘脑-垂体-甲状腺轴相关基因的表达，并利用16S rRNA测序分析肠道微生物组组成，本研究旨在阐明这两种污染物共同带来的协同内分泌干扰效应及其背后的肠道-大脑-甲状腺轴作用机制。

章节节选

微塑料的制备与剂量设置

本研究使用的纯度较高的聚苯乙烯标准微球（标称直径为1微米，由中国天津君益佳科技有限公司提供）以25毫克/毫升的水溶液形式储存，置于4摄氏度、避光条件下保存。我们选择1微米的聚苯乙烯微塑料作为研究模型，因为其在环境中的存在较为常见，适合用于评估母体与胎儿之间的风险。虽然亚微米级颗粒的屏障渗透性更高，但在人类和动物的胎盘中也已经发现了1至10微米级的塑料颗粒，这进一步证明了它们具备穿越胎盘的能力

微塑料的特性分析

本研究中所用的聚苯乙烯微塑料的形态和大小是通过扫描电子显微镜进行分析的。如图1C所示，扫描电镜图像显示这些颗粒呈均匀的球形，表面光滑，其实际尺寸也与制造商标注的标称直径一致$$.

母亲同时接触两种污染物会加剧后代甲状腺激素平衡紊乱

所有实验组的产仔数和后代性别比例均无显著差异（见图S1）。各组后代的体重增长情况以及甲状腺器官的重量指标也基本一致

讨论

先前的研究已经证明，单独接触微塑料或邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯就会在后代早期发育阶段显著扰乱甲状腺激素的水平(30)、(31)。但在现实环境中，这两种污染物往往同时存在，而它们共同暴露对甲状腺发育的毒性作用至今仍缺乏系统研究。我们的研究针对聚苯乙烯微塑料展开，结果发现母亲同时接触微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯会远远加剧后代的甲状腺内分泌紊乱，其程度远远超过

结论

总而言之，母亲同时接触聚苯乙烯微塑料和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯会通过多种毒性的叠加与协同作用，导致成年后代出现性别差异性的甲状腺内分泌紊乱。这种放大的毒性表现为一方面甲状腺刺激素水平被进一步抑制，另一方面血液中的甲状腺激素水平升高，同时雌雄后代的Nis基因表达都会出现均匀的协同下调现象。与此同时，下丘脑和垂体中的上游调控网络也会出现显著异常

作者贡献说明

张云波：项目监督、项目管理、资金申请、研究构思。郑思达：数据可视化。杨泽龙：数据分析。孟凡宇：论文撰写与修改、研究构思。黄倩辉：实验研究。李江丽：研究方法设计、实验实施。张欣：论文初稿撰写、数据可视化

数据获取方式

本研究的相关数据可应合理请求从对应作者处获取。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本论文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了黑龙江省高等学校重点科研项目的支持（项目编号：2021-KYYWF-0276）。

Xin Zhang|Jiangli Li|Zelong Yang|Sida Zheng|Qianhui Huang|Fanyu Meng|Yunbo Zhang

中国黑龙江省哈尔滨市150081，哈尔滨医科大学公共卫生学院环境卫生系