《Molecules》：Microplastics and Nanoplastics in the Human Diet: Sources of Exposure, Bioavailability, Toxicokinetics, and Systemic Health Effects
背景/目标：微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）因塑料材料的大量生产、使用和降解，已成为普遍存在的环境污染物。人类暴露主要通过受污染的食物和饮用水发生，吸入是另一个重要途径。日益增长的关注集中于这些颗粒（尤其是NPs）穿越生物屏障、进入体循环并到达人体组织的能力。本综述旨在总结关于饮食暴露于MPs和NPs、其胃肠道生物利用度和毒物动力学，以及其潜在系统性健康效应的现有证据，特别关注器官特异性反应、潜在生物学机制以及现有证据的强度和局限性。方法：使用PubMed/MEDLINE、Scopus、Web of Science和Google Scholar对2000年至2026年间发表的科学文献进行了全面的叙述性综述。纳入了涉及饮食暴露、食物和饮用水中存在、食品接触材料迁移、胃肠道吸收、易位、生物分布、生物蓄积、消除、分子机制以及潜在器官特异性或系统性健康效应的原创研究文章和综述。排除了无全文的出版物、会议论文集、社论、评论、重复出版物以及与人类暴露或健康无关的研究。结果：食品、饮用水、饮料和食品接触材料是人类暴露于MPs和NPs的重要来源。摄入后，大多数较大颗粒通过胃肠道消除，而较小的MPs尤其是NPs可能穿越生物屏障，并可能到达体循环和远处组织。实验研究一致识别出相互关联的生物学反应，涉及氧化应激、炎症、线粒体功能障碍、屏障损伤、免疫失调、基因毒性、细胞凋亡和内分泌干扰。这些机制与胃肠道、呼吸、心血管、神经、泌尿、生殖、内分泌和骨骼系统的改变以及与致癌过程相关的生物学过程有关。然而，大多数机制证据来自体外和动物模型，而人类证据仍然有限且主要为观察性研究。因此，这些实验发现能在多大程度上转化为对人类临床显著的影响仍不确定。结论：当前证据支持与MNP暴露相关的系统性效应的生物学合理性，但不足以建立慢性饮食暴露与特定人类疾病之间的因果关系。因此，应谨慎解释人体组织中MNPs的检测结果以及与病理状况的关联报道。需要标准化的分析方法、改进对现实人类暴露的表征，以及结合定量暴露评估与验证性临床结局的精心设计的前瞻性纵向流行病学研究，以阐明剂量-反应关系、长期健康效应以及MNP暴露的临床意义。
1. 引言
塑料是现代社会中最重要的材料之一，其广泛使用源于其有利的物理化学性质，包括低重量、高耐久性、耐腐蚀性和低生产成本。然而，自20世纪中期以来塑料工业的快速扩张导致塑料废物在环境中大量积累。由于生物降解性有限，大多数塑料在生态系统中持续存在数十年甚至数百年，逐渐碎裂成越来越小的颗粒。这一过程导致了微塑料和纳米塑料的形成，它们现在被认为是分布最广泛的环境污染物之一。这些颗粒已在地表水、地下水、土壤、大气、食品以及人类和动物组织中被检测到。越来越多的证据表明，人类对微塑料和纳米塑料的暴露是持续性的，几乎影响所有人群。特别令人担忧的是它们穿透生物组织并影响细胞和器官功能的潜力。因此，微塑料和纳米塑料已成为毒理学、公共卫生和环境医学领域深入研究的主题。
1.1. 微塑料和纳米塑料的特征
微塑料和纳米塑料（MNPs）是来源于较大塑料碎片降解或特定工业和消费应用中有意生产的微小塑料颗粒。微塑料通常定义为小于5 mm的塑料颗粒，而纳米塑料包括尺寸低于1 μm的颗粒，尽管更严格的定义通常将NPs归类在1–100 nm范围内。因此，5 mm阈值是微塑料常规接受的上限尺寸。缺乏普遍接受的纳米塑料定义主要反映了当前分析方法的局限性以及能够检测和表征最小颗粒的技术的持续发展。根据来源，微塑料分为初级微塑料（有意制造为微观尺寸）和次级微塑料（通过较大塑料材料在紫外线辐射、氧化过程、机械磨损和微生物活动影响下降解产生）。次级微塑料目前被认为是环境中微塑料的主要部分。最常识别的聚合物包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯（PVC）。除了聚合物基质本身，微塑料和纳米塑料可能含有多种技术添加剂，包括增塑剂、稳定剂、阻燃剂和颜料，这些可能逐渐浸出到环境中并可能促成人类暴露。MNPs的一个特征是其疏水表面和高表面积与体积比，尤其是在纳米塑料的情况下。这些特性促进了对重金属、农药、持久性有机污染物和微生物的吸附。因此，微塑料和纳米塑料可能作为潜在有毒物质的载体，并促进其运输进入生物系统，这种现象通常被称为“特洛伊木马”效应。
1.2. 人类暴露的来源和途径
人类对微塑料和纳米塑料的暴露广泛存在，几乎影响所有人群。这些颗粒已在食品、饮用水、大气空气以及众多日常消费品中被检测到，因此在当前环境条件下完全避免暴露几乎是不可能的。口服途径被认为是人类暴露的主要途径之一，因为微塑料和纳米塑料已在鱼类、海鲜、食盐、蜂蜜、牛奶、饮料以及来自市政供水和瓶装水的饮用水中被识别。另一个饮食暴露来源是食品接触材料在食品储存和热加工过程中塑料颗粒的释放和迁移。
吸入途径也是人类暴露的相关途径。微塑料存在于室外和室内环境中，空气中的塑料颗粒主要来自合成纺织纤维、轮胎磨损、建筑材料和工业活动。最小的颗粒可能到达肺泡并可能进入体循环。皮肤暴露通常被认为不太重要；然而，纳米塑料可能穿透受损的表皮、毛囊和汗腺导管，特别是在接触化妆品或合成纤维制成的衣物后。
1.3. 微塑料和纳米塑料的毒物动力学
微塑料和纳米塑料的毒物动力学包括吸收、分布、生物蓄积和从人体消除的过程。吸收主要取决于颗粒尺寸、形状、化学组成和表面特性。聚合物组成可能通过决定疏水性、密度、表面化学以及与生物分子的相互作用等物理化学性质来影响MNP毒物动力学。这些特性可以改变颗粒分散、生物分子和污染物的吸附、膜相互作用、细胞摄取以及随后的组织分布。表面特性似乎对NPs特别相关，因为表面电荷和功能化可以影响与生物膜的相互作用、生物分子冠的形成、细胞内化以及随后的生物学反应。然而，在同等实验条件下直接比较聚合物特异性差异的证据仍然有限，因为大多数研究调查单个聚合物类型而非系统比较不同聚合物。在胃肠道内，最小的颗粒表现出最大的易位潜力，并可能通过位于派伊尔结中的微皱褶（M）细胞或通过肠细胞跨过肠上皮。在呼吸系统中，纳米塑料可能到达肺泡并穿过肺泡-毛细血管屏障，而皮肤渗透主要发生在表皮屏障受损的部位。
进入体循环后，MNPs可通过血液和淋巴系统运输到多个器官。它们在人类血液、肺、肝、脾、肾、心脏、胎盘和大脑中的存在已有报道，而实验证据表明纳米塑料可能穿过血脑屏障和胎盘屏障。MNPs在内部器官中出现的证据来自人体生物样本分析和实验研究。在人类中，MNPs已在采集的血液和组织样本（包括肺、肝、肾、胎盘和脑组织）中被直接检测到。相比之下，受控的体内动物研究主要用于研究颗粒易位、生物分布以及较小颗粒（尤其是NPs）穿越生物屏障的能力。因此，在人体组织中检测到MNPs提供了其存在的证据，但本身并未建立暴露途径、吸收剂量或组织蓄积动力学。它们的生物蓄积潜力与高化学稳定性和对酶降解的抵抗性有关，这可能促进颗粒在生物组织中的持续存在。微塑料和纳米塑料也在人类母乳和新生儿胎粪中被检测到，表明暴露可能早在产前和围产期就已开始。
消除主要通过胃肠道发生，因为大多数摄入的颗粒随粪便排出。较小的颗粒可能通过肾脏随尿液消除，而沉积在呼吸道的颗粒则通过黏液纤毛清除和肺泡巨噬细胞的吞噬作用被移除。
1.4. 毒性机制
微塑料和纳米塑料的毒性是多因素的，可能源于颗粒本身以及其表面携带的相关化学物质和微生物。氧化应激被认为是MNP毒性的主要机制之一，涉及活性氧（ROS）的过度产生，导致脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤。炎症反应可能通过免疫细胞活化和促炎细胞因子（包括IL-1β、IL-6和TNF-α）分泌增加而发展，可能促成慢性炎症和组织纤维化。线粒体功能障碍是MNP诱导ROS的一个重要潜在来源。线粒体电子传递链的破坏可能促进电子泄漏和分子氧的单电子还原，导致超氧阴离子自由基（O
2•?）和随后的ROS形成增加。这一过程可能进一步损害线粒体功能，减少ATP产生，并放大氧化应激。另一个机制可能涉及吸附在MNP表面的金属离子。氧化还原活性过渡金属，特别是铁和铜，可能参与Fenton型反应并促进Haber–Weiss化学，促进超氧阴离子自由基和过氧化氢转化为高反应性的羟基自由基（•OH）。因此，MNPs携带吸附金属离子的能力可能潜在地放大ROS生成和氧化损伤。细胞凋亡和自噬也可能通过参与程序性细胞死亡的途径的激活以及负责清除受损细胞器的细胞机制的破坏而失调。基因毒性效应包括DNA损伤、染色体不稳定性和突变风险增加。免疫功能改变可能涉及免疫细胞的异常激活和肠道微生物群组成的改变，可能促成慢性炎症状态和代谢紊乱。
2. 微塑料和纳米塑料对胃肠道系统的影响
胃肠道是人体暴露于微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的主要途径。这些颗粒主要通过食品和饮用水进入人体，也可间接通过在生产、运输或储存过程中受污染的产品摄入。由于塑料在环境中的广泛存在，暴露是慢性的，几乎影响整个人群。据估计，一名成年人每年可能摄入约39,000–52,000个微塑料颗粒，而考虑所有潜在暴露来源的估计表明，摄入的塑料总质量可能相当于每周一张信用卡。尽管实际暴露水平因饮食模式、居住地和饮用水质量而异，但胃肠道仍然是人体与这些污染物接触的主要部位。
2.1. 胃肠道的吸收和蓄积
摄入后，MNPs的胃肠吸收强烈依赖于尺寸。较大微米范围内的颗粒，特别是大约100–150 μm以上的颗粒，预计主要停留在胃肠道腔内并随后随粪便排出，而较小的MPs（<10–20 μm）显示出与肠上皮相互作用和易位的更大潜力。这种潜力在纳米尺度（<1 μm）下进一步增加，特别是对于大约100 nm以下的NPs。实验证据表明，亚微米和低微米范围内的颗粒可表现出比更大MPs显著更高的细胞摄取。总体而言，现有证据表明颗粒尺寸与潜在系统性组织蓄积之间存在反比关系。然而，这些应被视为近似而非绝对的生物学阈值，因为研究在尺寸、聚合物类型、表面特性、暴露剂量、模型和分析方法上存在差异。越来越多的研究已证实人类生物样本中存在微塑料，表明其可能在体内长期滞留。这些颗粒不仅在粪便中，还在结肠组织、肝脏和其他器官中被检测到。在肝硬化患者的病变肝组织中报告了特别高的浓度，表明颗粒蓄积可能随着病理过程的进展而增加。这种蓄积能力即使在相对较低的每日暴露条件下也可能增加慢性生物学效应的风险。
2.2. 肠道微生物群破坏
实验研究表明，MNP暴露可能诱导肠道微生物群失调，其特征为有益和潜在致病微生物相对丰度的改变。许多实验模型已证明，与抗炎活性和肠上皮保护相关的拟杆菌门（Bacteroidota）和乳杆菌属（Lactobacillus）益生菌减少。同时，报告了厚壁菌门（Bacillota）和变形菌门（Pseudomonadota）以及肠杆菌科（Enterobacteriaceae）潜在致病成员的增加。这些改变破坏了胃肠道稳态，并可能促进慢性炎症的发展。失调还与肠道微生物群代谢活性的改变有关。特别重要的是短链脂肪酸（SCFAs），尤其是丁酸盐的产生减少，丁酸盐是结肠细胞的主要能量来源，并有助于维持肠道屏障完整性。SCFAs产生减少可能损害肠黏膜的保护功能，加剧炎症过程，并增加上皮对损伤的易感性。另一个问题是微塑料在其表面支持微生物生物膜形成的能力，统称为“塑料圈”。这些生物膜为微生物定殖提供了有利环境，包括潜在致病菌如大肠杆菌（Escherichia coli）。因此，微塑料可能作为载体，促进潜在有害微生物及其毒力因子进入胃肠道。例如，已有报道大肠杆菌与微塑料表面结合，并可能将细菌毒素递送至结肠上皮，这可能有助于上皮损伤和肠道炎症；然而，在人类中直接证明胃肠道感染发病率增加的证据仍然有限。
2.3. 肠道屏障损伤
微塑料和纳米塑料也可能直接影响肠道屏障的结构完整性。其胃肠道毒性的主要机制之一涉及肠上皮细胞间紧密连接的破坏。研究已证明，维持上皮完整性所必需的结构蛋白如紧密连接蛋白-1（ZO-1）、咬合蛋白（occludin）和密封蛋白-1（claudin-1）表达减少。它们的下调导致肠道通透性增加，通常称为“肠漏”。因此，细菌、细菌毒素和其他存在于肠腔中的潜在有害物质可能更容易进入循环，促进局部和全身炎症反应。肠道的化学保护屏障也可能受到不利影响。暴露于MPs和NPs与产生黏液的杯状细胞数量减少以及覆盖肠上皮的黏液层变薄有关。这种天然保护屏障的减弱增加了上皮对刺激物和病原体的暴露。与第1.4节所述的一般机制一致，实验研究已证明炎症细胞浸润、肠绒毛损伤和退行性上皮改变，这可能损害营养吸收。
2.4. 胃肠道疾病
越来越多的证据表明，上述改变可能有助于胃肠道疾病的发病或进展。特别关注的是微塑料暴露与炎症性肠病（IBD）之间的关联，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。据报道，患有这些疾病的患者粪便中微塑料浓度高于健康个体，且颗粒丰度与疾病严重程度呈正相关。尽管这些观察表明MNP负荷与IBD严重程度之间存在关联，但它们并未确定MNP暴露是否有助于疾病发展或进展，或者胃肠道病理本身是否促进颗粒滞留增加。MNPs与结直肠癌的相关性也已被研究。据报道，结直肠肿瘤组织中颗粒浓度高于相邻非肿瘤组织；然而，这些观察并未建立时间顺序或因果关系，可能反映了病变组织中颗粒滞留的改变。MNP暴露的潜在致癌相关性和现有证据的局限性在第9节中详细讨论。微塑料的潜在影响不仅限于胃肠道本身。肠-肝轴的破坏可能有助于代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的发展，以前称为非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）。实验证据表明，MNPs对肠-肝轴的破坏可能伴随炎症反应以及脂质和葡萄糖代谢的改变。然而，这些变化是否转化为人类胰岛素抵抗、2型糖尿病或肥胖风险的增加仍不清楚。还报告了对胰腺功能的不利影响和消化酶（包括胃蛋白酶和α-淀粉酶）的抑制，这可能损害消化效率和营养利用。
3. 微塑料和纳米塑料对呼吸系统的影响
尽管胃肠道是人体饮食暴露的主要途径，但呼吸系统构成了另一个重要的暴露途径和系统性毒性的潜在靶点。与主要通过受污染食品和饮用水发生的饮食暴露不同，呼吸暴露源于持续吸入空气中的塑料颗粒。微塑料和纳米塑料已在室外和室内环境中被检测到，且经常报告在封闭空间中浓度显著更高。主要来源包括合成纺织品释放的纤维、家庭灰尘、建筑材料、家具和其他室内陈设，以及轮胎和刹车磨损产生的颗粒。由于呼吸上皮与吸入空气直接接触，肺是这些污染物的重要靶器官。最近的研究不仅在空气样本中，还在痰液、肺组织、支气管肺泡灌洗液和手术过程中采集的标本中检测到微塑料。这些发现表明，吸入的颗粒可能无法完全通过呼吸清除机制去除，并可在肺组织中持续存在，可能促成慢性病理过程。
3.1. 吸入暴露和颗粒沉积
吸入是继饮食摄入之外人类暴露于微塑料和纳米塑料的重要补充来源。据估计，一名成年人可能每天吸入大约3,000至68,000个塑料颗粒，尽管实际暴露水平因环境、空气质量、生活方式和其他环境条件而异。最高浓度通常出现在室内，那里来自衣物、地毯、软垫家具和其他家居材料的合成纤维是空气中微塑料的主要来源。额外贡献来自轮胎磨损颗粒、建筑材料和工业粉尘。吸入后，颗粒沉积部位主要由空气动力学当量直径（AED）、形状、密度和表面特性决定。三个主要物理机制控制沉积：布朗扩散、重力沉降和惯性撞击。尺寸为5–10 μm的颗粒主要滞留在鼻腔和咽部，它们可能通过黏液纤毛清除部分去除。2–5 μm的颗粒可到达气管和支气管，而小于1 μm的颗粒可能穿透肺泡区域。最小的纳米塑料，特别是那些低于100 nm的，可能穿过肺泡-毛细血管屏障，可能进入体循环和淋巴系统，随后到达远处器官。颗粒形状也显著影响呼吸沉积和滞留。合成纤维表现出与球形颗粒不同的空气动力学特性，因此可能穿透肺外周区域并在肺组织中长时间停留。其细长的形态可能损害肺泡巨噬细胞的完全吞噬，从而促进持续性炎症反应。沉积还受呼吸模式的影响。快速浅呼吸有利于较大颗粒在上呼吸道的沉积，而较慢较深的呼吸可能促进较小颗粒进入远端肺区域。尽管存在呼吸防御机制，包括黏液纤毛清除、咳嗽和肺泡巨噬细胞活性，一部分吸入的MPs和NPs可能在肺组织中持续存在。慢性颗粒滞留可能有助于持续局部炎症，并增加进行性病理改变的可能性。
3.2. 肺功能损伤
暴露于微塑料和纳米塑料可能通过多种相互作用机制对正常肺功能产生不利影响。特别重要的是塑料颗粒与肺表面活性物质（一种覆盖肺泡表面的磷脂和蛋白质复合混合物）的相互作用。实验证据表明，微塑料可以与表面活性物质成分相互作用，改变其生物物理特性，并增加表面张力。这些改变可能降低肺泡稳定性，损害气体交换，并可能增加肺泡塌陷的易感性。暴露于空气中微塑料也与肺功能参数的改变有关。在暴露于高浓度合成微纤维的人群中，已报告一秒用力呼气容积（FEV1）和用力肺活量（FVC）降低，表明通气功能受损。尽管这些观察背后的机制尚不完全清楚，但慢性炎症、气道重塑和呼吸道上皮损伤可能有助于这些功能异常。微塑料和纳米塑料还可能促进气道高反应性，导致对呼吸道刺激物的过度反应。潜在后果包括支气管平滑肌收缩、黏液分泌增加和气流受限。这些效应似乎与免疫细胞活化和促炎介质产生增加有关。MNP相关的氧化应激和线粒体功能障碍可能导致呼吸道上皮损伤和细胞死亡。此外，细胞间连接的破坏可能增加上皮屏障通透性，可能促进病原体、过敏原和其他环境污染物穿透进入更深的肺组织。
3.3. 呼吸系统疾病
慢性暴露于微塑料和纳米塑料日益被研究为呼吸系统疾病发展和进展的潜在贡献因素。特别关注的是支气管哮喘。实验研究表明，塑料颗粒可能增强Th2介导的免疫反应，增加促过敏白介素的产生，促进嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞的浸润，并刺激杯状细胞产生黏液。这些效应可能加剧气道炎症和高反应性，可能导致更严重的哮喘表现。实验证据表明，MNP暴露可能促进与慢性阻塞性肺疾病（COPD）相关的病理过程，包括内质网应激、肺泡损伤和气道重塑。然而，将MNP暴露与人类COPD发展或进展直接联系起来的证据仍然有限。肺纤维化是对MPs和NPs持续炎症反应的另一个潜在后果。实验证据表明，这些颗粒可能刺激成纤维细胞活化以及胶原蛋白和其他细胞外基质成分的过度沉积。肺实质的进行性重塑可能随后降低组织弹性并减少用于气体交换的有效表面积。此类机制可能潜在导致间质性肺异常和呼吸功能的持续损害。微塑料在肺致癌中的潜在参与也引起了越来越多的关注。塑料颗粒已在磨玻璃结节（GGNs）中被检测到，其中一些可能代表早期肺肿瘤病变。MNPs先前描述的炎症、氧化和基因毒性效应，以及它们携带吸附有毒物质的能力，提供了这些颗粒可能影响致癌过程的生物学合理机制。然而，当前证据不足以建立MNP暴露与人类肺癌之间的因果关系，这种潜在关联需要在精心设计的流行病学和机制研究中得到确认。微塑料还可能增加对呼吸道感染的易感性。呼吸道上皮屏障的损伤和肺泡巨噬细胞功能的削弱可能减弱局部免疫防御，并促进呼吸道微生物定殖。此外，微塑料表面可以支持微生物和微生物产物的吸附和运输，可能使这些颗粒成为生物污染物的载体。有人提出，空气中塑料颗粒可能参与病毒（包括SARS-CoV-2和甲型流感病毒H1N1）的运输；然而，这种机制在现实暴露条件下的相关性仍不确定，需要进一步研究。
4. 微塑料和纳米塑料对心血管系统的影响
心血管系统在体内物质的系统性分布中起着核心作用。一旦微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）进入血液，它们可能被运输到多个器官和组织。尽管MNPs以前被认为主要局限于其进入部位，但最近的证据表明，特别小的颗粒可以穿越生物屏障，在循环中持续存在，并在内部器官中蓄积。越来越多的证据进一步表明，循环中的MNPs在生物学上不是惰性的，而是可能直接与心血管细胞和组织相互作用，促进氧化应激、慢性炎症、内皮功能障碍和心肌损伤。这些发现导致人们对MNPs作为新兴环境心血管风险贡献因素的兴趣日益增加。在饮食暴露的背景下，心血管系统特别相关，因为穿越肠道屏障的颗粒随后可能进入淋巴和体循环并到达远处器官。因此，从胃肠道暴露到系统性分布的转变是连接MNPs摄入与潜在心血管效应的关键步骤。
4.1. 进入循环和系统性分布
微塑料和纳米塑料主要通过胃肠道和呼吸道进入人体，而皮肤吸收通常被认为不太重要。摄入后，塑料颗粒可能穿越肠道屏障并进入淋巴系统和体循环。提出的机制包括通过肠细胞和派伊尔结中的微皱褶（M）细胞的转胞吞作用，以及通过细胞间隙的通道，这一过程称为“吸收”（persorption）。胃肠道易位的能力强烈受颗粒尺寸影响。纳米塑料，特别是那些小于50 nm的，通常比更大的微塑料颗粒表现出更高的生物利用度，并且可能更容易到达体循环。这种尺寸依赖性易位与饮食暴露特别相关，因为它决定了能够到达心血管系统和其他远处器官的摄入颗粒的比例。吸入是MNPs进入循环的另一个途径。到达肺泡的小颗粒可能穿过肺泡-毛细血管屏障并进入肺微血管。一旦进入血液，颗粒可能被运输到高灌注器官，包括心脏、大脑、肝脏和肾脏。通过完整皮肤的皮肤摄取似乎有限，但纳米塑料可能通过毛囊、汗腺或受损表皮进入。人类血液中微塑料的存在现已直接得到证实。聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和其他常用聚合物已在静脉血样本中被识别。一些研究报告了大约77–80%的检查个体中可检测到微塑料，平均浓度约为1.6 μg/mL。这些观察表明，慢性的环境和饮食暴露可能导致塑料颗粒在体循环中持续存在。进入血浆后，纳米塑料的表面可能迅速被蛋白质、脂质、脂蛋白和其他生物分子包被。由此产生的生物分子或蛋白冠修饰了颗粒的物理化学性质，并可能影响免疫识别、循环时间、细胞摄取和器官分布。冠的组成也可能通过改变与内皮细胞、巨噬细胞和心肌细胞的相互作用来改变MNP毒性。
4.2. 内皮功能障碍和血管损伤
血管内皮是直接暴露于循环微塑料和纳米塑料的最早心血管结构之一。该细胞层调节血管通透性、炎症反应、凝血和血管张力，特别是通过一氧化氮（NO）的产生。内皮功能障碍被广泛认为是心血管疾病发展的早期事件。实验研究表明，MNP暴露可能降低内皮细胞活力并破坏负责维持血管屏障完整性的细胞间连接。紧密连接蛋白（包括ZO-1）表达减少与血管通透性增加有关。这些改变可能促进炎症细胞和其他潜在损害因素迁移到血管壁，从而促进慢性血管炎症。MNP相关的氧化和炎症反应可能有助于内皮功能障碍，包括NF-κB和MAPK信号通路的激活以及粘附分子VCAM-1和ICAM-1表达的增加。这些内皮改变可能促进白细胞粘附和血管炎症，为MNP暴露与参与动脉粥样硬化形成的过程之间提供了合理的机制联系。MNP暴露也可能加速内皮细胞衰老。长期暴露与增殖能力降低和血管修复机制受损有关。通过破坏血管内皮生长因子（VEGF）依赖性信号传导，血管生成能力也可能受损。另一个重要后果是一氧化氮生物利用度降低。NO产生减少使血管调节转向血管收缩，增加血管阻力并进一步损害内皮功能。总之，这些机制提供了通过系统性分布的MNPs在慢性暴露后可能导致血管功能障碍的合理生物学途径。
4.3. 心血管疾病
越来越多的证据表明，循环中微塑料和纳米塑料的慢性存在可能有助于心血管疾病的发展或进展。特别关注的是动脉粥样硬化。微塑料颗粒已在颈动脉和冠状动脉粥样硬化斑块中被识别，聚乙烯和聚氯乙烯（PVC）是最常检测到的聚合物之一。它们的存在与局部炎症增加、巨噬细胞活化和参与斑块进展的泡沫细胞形成增强有关。MNPs也可能通过促进细胞外基质降解和增加蛋白水解活性来降低斑块稳定性。这些观察的潜在临床相关性在颈动脉内膜切除术患者中得到了强调。在约34个月的随访期间，动脉粥样硬化斑块内微塑料和纳米塑料的存在与心肌梗死、中风或心血管死亡风险增加约4.5倍相关。重要的是，这种观察性关联并不表明MNPs导致了报告的心血管事件，因为无法排除残留混杂、累积暴露差异以及与预先存在的心血管疾病相关的特征。尽管如此，这些发现提供了临床相关证据，支持进一步研究MNPs作为与心血管风险相关的潜在环境因素。MNPs也可能直接与循环血细胞相互作用。实验研究表明，暴露于塑料颗粒后，红细胞膜受损、细胞形态改变和溶血。血小板活化和聚集增加也被报道，可能促进凝血和血栓形成。这些效应理论上可能增加急性心血管事件（包括血栓栓塞、心肌梗死和缺血性中风）的易感性。MNPs对心肌的潜在影响也已被研究。塑料颗粒已在心肌组织、心包和其他心血管结构中被检测到。实验研究表明，MNP暴露可能破坏心肌细胞中的线粒体功能和钙稳态，对ATP产生、收缩性和电传导产生潜在后果。慢性暴露可能还促进心脏组织的结构性重塑。实验研究报告了长期MNP暴露后的心肌纤维化、心肌细胞肥大和心室壁重塑。这些改变可能损害收缩和舒张功能，并增加心律失常（包括心动过缓和其他传导异常）的易感性。在动物模型中，慢性暴露也与左心室射血分数降低、心室扩张和进行性心力衰竭特征有关。
5. 微塑料和纳米塑料对神经系统的影响
神经系统对环境应激源特别脆弱，因为其正常功能依赖于稳定的细胞稳态、高效的突触通讯和高代谢活性。微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）日益被研究为潜在的神经毒性污染物，能够诱导氧化应激、慢性神经炎症、线粒体功能障碍、神经传递干扰和结构性细胞损伤。纳米塑料被认为特别相关，因为其小尺寸、高比表面积和穿越生物屏障的能力可能促进进入中枢神经系统并直接与神经元和胶质细胞相互作用。在饮食暴露的背景下，神经系统效应可能发生在足够小的颗粒经胃肠道摄取、体循环并随后穿过血脑屏障之后。此外，肠道菌群失调和肠-脑轴的破坏可能提供一条间接途径，通过该途径摄入的MNPs影响中枢神经系统功能。
5.1. 向中枢神经系统的易位
血脑屏障（BBB）通过对循环中的毒素、病原体和外来颗粒进入脑组织进行限制，为中枢神经系统提供基本保护。它主要由通过紧密连接连接的脑微血管内皮细胞，以及周细胞、星形胶质细胞和基底膜形成。尽管其选择性高，但实验研究表明，MNPs，特别是小于100 nm的颗粒，可能穿越BBB并在脑结构中蓄积。穿越BBB的运输可能通过几种机制发生，包括转胞吞作用、网格蛋白或小窝蛋白介导的内吞作用、巨胞饮作用，以及在紧密连接完整性破坏后的细胞旁通道。由于其小尺寸，纳米塑料可能被内皮细胞内化，随后向血管屏障的脑侧运输。同时，MNP暴露可能通过降低紧密连接蛋白（如咬合蛋白、密封蛋白-5和ZO-1）的表达来损害BBB完整性。屏障通透性增加反过来可能促进炎症介质、有毒物质和额外塑料颗粒进入中枢神经系统。影响颗粒行为的另一个因素是在接触血液和生物体液后形成生物分子冠。蛋白质、脂质和其他生物分子吸附到颗粒表面，创造了一个新的生物学身份，可能影响细胞识别、循环时间以及穿越生物屏障的能力。冠中胆固醇和某些脂质的存在可能增加纳米塑料与细胞膜的亲和力并促进与BBB成分的相互作用，而某些蛋白质包被可能减少易位。MNPs也可能通过替代途径到达或影响神经系统。鼻-脑途径可能允许沉积在嗅觉上皮上的吸入颗粒沿着神经元途径到达嗅球和其他脑区域。然而，从饮食暴露的角度来看，应特别重视肠-脑轴。MNP诱导的菌群失调、肠道炎症和迷走神经信号改变可能在无直接颗粒大量易位的情况下间接影响脑功能。BBB完整性也可能因衰老、感染、慢性炎症状态和氧化应激而减弱，可能增加中枢神经系统对MNP蓄积的易感性。
5.2. 神经炎症、氧化应激和功能损伤
进入神经组织后，MNPs可能在与认知、情绪和运动功能相关的脑区域（包括海马体、前额叶皮层、小脑和边缘结构）中蓄积。它们的存在可能干扰神经元通讯、突触完整性、胶质细胞活动和神经可塑性。与第1.4节所述的一般机制一致，实验研究表明，MNP相关的神经毒性涉及相互关联的炎症、氧化和线粒体反应。在神经组织中，这些效应特别与小胶质细胞活化、神经炎症信号传导、线粒体功能受损以及随后的神经元损伤有关。MNP暴露还可能破坏神经传递。已报道神经递质（包括多巴胺、血清素、乙酰胆碱、GABA和谷氨酸）的合成、释放和再摄取发生改变。乙酰胆碱酯酶活性抑制已被频繁描述，可能损害胆碱能信号传导。这些干扰可能影响学习、记忆、注意力和运动控制。兴奋性和抑制性神经传递之间平衡的破坏也可能导致神经元过度兴奋、情绪障碍和认知缺陷。实验研究已将慢性MNP暴露与学习记忆受损、焦虑和抑郁样行为、运动缺陷以及社会行为改变联系起来。特别关注的是产前和早期生命暴露。MNPs可能穿越胎盘屏障并可能到达发育中的胎儿大脑。实验发现表明可能干扰神经元迁移、突触形成、皮层发育以及神经网络的成熟。因此，母体暴露已被研究为神经发育障碍的潜在风险因素，尽管人类证据仍然有限。
5.3. 潜在的神经退行性效应
越来越多的实验证据表明，MNPs可能影响涉及神经退行性疾病启动或进展的机制。特别关注其对蛋白质错误折叠和聚集的潜在影响，这是阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和其他神经退行性疾病发病机制的核心。在阿尔茨海默病的背景下，纳米塑料已被研究其与淀粉样β蛋白和tau蛋白的潜在相互作用。它们的表面可能提供促进蛋白质吸附、异常折叠和聚集的界面，从而可能加速有毒寡聚体的形成。MNPs也可能干扰小胶质细胞对淀粉样物质的清除，从而促进慢性炎症和突触损伤。这些机制理论上可能促成认知能力下降，尽管当前证据并未建立MNP暴露与人类阿尔茨海默病之间的因果关系。在帕金森病中，特别关注α-突触核蛋白聚集和多巴胺能神经元脆弱性。实验研究表明，选定的纳米塑料，包括聚苯乙烯和聚乙烯颗粒，可能促进α-突触核蛋白聚集并增加对黑质中多巴胺能神经元的毒性。此类机制可能破坏多巴胺能神经传递，并可能促成运动异常。MNPs也与肌萎缩侧索硬化症相关。实验发现将纳米塑料暴露与TDP-43聚集联系起来，这是ALS的病理特征。在多发性硬化的背景下，还提出了对髓鞘形成和脱髓鞘过程的潜在影响。然而，这些关联主要仍是机制性或实验性的，不应被解释为MNP暴露直接导致这些疾病的证据。人类脑组织中微塑料的检测进一步加深了对其潜在神经学意义的兴趣。死后研究表明，患有痴呆症的个体大脑中塑料颗粒浓度可能高于未诊断神经退行性疾病的个体，聚乙烯是最常识别的聚合物之一。这些发现并未建立因果关系，但强化了进一步研究长期MNP蓄积和神经学结局的必要性。实验证据进一步表明，MNP暴露可能损害神经修复和神经可塑性。这些效应理论上可能与神经恢复和神经退行性过程相关；然而，其临床意义仍不确定，需要在专门的人类研究中得到确认。
6. 微塑料和纳米塑料对泌尿系统的影响
泌尿系统，特别是肾脏，是微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）不良效应的潜在靶点。这种脆弱性与肾脏在血液过滤、代谢废物清除和外源性物质消除中的基本作用密切相关。在吸收（包括通过饮食暴露后的胃肠道吸收）并随后进入体循环后，塑料颗粒可能被运输到肾实质，在那里它们与肾小球细胞、肾小管上皮细胞和间质结构相互作用。纳米塑料特别令人担忧，因为其小尺寸有助于穿越生物屏障并使其能够内化进入细胞和亚细胞器。
6.1. 肾脏中的蓄积
微塑料和纳米塑料在肾脏中的蓄积主要已在实验研究中得到证实，而新兴证据也表明其在人类生物样本中存在。塑料颗粒已在尿液样本和肾组织中被检测到，使用的技术包括能够识别聚合物如聚乙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的光谱技术。它们在尿液中的存在表明，至少一部分吸收的MNPs可能经历肾滤过或尿液排泄，而在肾组织中的检测表明其在肾实质内滞留的可能性。肾蓄积的程度受颗粒尺寸和物理化学特性的影响。较小的颗粒，特别是NPs，更容易穿越生物膜，进入体循环并到达肾组织。足够小的颗粒也可能通过肾小球滤过屏障，随后通过内吞或胞饮机制被近端肾小管上皮细胞摄取。颗粒形状和表面电荷可以进一步影响与细胞膜的相互作用和细胞摄取的效率，而聚合物组成、疏水性和表面反应性可能改变与生物成分的相互作用，从而影响肾滞留和毒性。纳米塑料比更大的微塑料更容易穿越组织屏障，因此可能在肾细胞中达到更高的细胞内浓度。它们不仅可能在细胞外区室中蓄积，还可能在溶酶体和线粒体内蓄积，从而增加代谢功能障碍和细胞损伤的风险。在肾脏内，塑料颗粒可能定位于肾小球、系膜细胞、毛细血管结构和近端肾小管上皮，后者由于其高代谢活性而对毒性损伤特别敏感。产前暴露也可能具有重要影响。动物研究表明，纳米塑料可以穿越胎盘屏障并在发育中的胎儿肾脏中蓄积
