《Microplastics》：Inhaled Microplastics as Emerging Respiratory Toxicants: From Cellular Mechanisms to Global Health Policy
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背景：空气传播微塑料（AMPs）是一种新兴的空气污染物，由于其在环境中的持久性、可吸入性以及携带其他有毒污染物的能力，其对呼吸健康的潜在影响日益受到关注。方法：研究人员通过检索PubMed、Scopus和Web of Science数据库，收集了2015年至2
背景：空气传播微塑料（AMPs）是一种新兴的空气污染物，由于其在环境中的持久性、可吸入性以及携带其他有毒污染物的能力，其对呼吸健康的潜在影响日益受到关注。方法：研究人员通过检索PubMed、Scopus和Web of Science数据库，收集了2015年至2025年间发表的同行评审研究。合并了实验、流行病学和综述研究的数据，以调查空气传播微塑料的来源、暴露途径、分析方法、呼吸毒理学过程和监管观点。结果：现代研究表明，吸入的微塑料可以到达下呼吸道，并通过诱导氧化应激、线粒体功能障碍、上皮屏障损伤、炎症小体激活、免疫系统失衡和细胞外基质重塑，引起慢性肺部炎症。这些通路与慢性阻塞性肺疾病、哮喘、肺纤维化和肺癌等慢性呼吸道疾病相关。重金属、持久性有机污染物和微生物杂质的积累可能增加其毒性。然而，缺乏标准化的暴露评估方案、采样和分析方法的不一致性以及有限的人类流行病学数据阻碍了健康风险评估。结论：空气传播微塑料是一个新兴的环境健康问题，对呼吸健康具有潜在的重大影响。迫切需要协调一致的监测策略、标准化的分析方法、改进的吸入暴露模型和长期的流行病学研究，以加强风险评估，并制定基于证据的保护呼吸健康的空气质量政策。
**1. 引言**
慢性呼吸道疾病（CRDs），包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘、肺癌和间质性肺疾病（ILDs），仍然是全球发病和死亡的主要原因。COPD在2021年导致350万人死亡，占全球死亡人数的约5%。全球负担包括2.13亿患病病例和7978万残疾调整生命年（DALYs），东亚报告病例数和死亡人数最多，南亚的DALYs最高。哮喘是全球仅次于COPD的第二常见慢性呼吸道疾病，也是儿童中最常见的慢性病，影响约3亿人。肺癌是第二大确诊癌症和癌症相关死亡的主要原因，2020年约有220万新发病例。间质性肺疾病（ILDs）包括200多种肺实质疾病，报告患病率从每10万人7例到1650例不等。过去三十年间，CRDs的流行病学因人口变化、环境暴露和社会经济因素而演变。呼吸道疾病每年导致数百万人死亡，主要贡献者包括细颗粒物（PM
2.5）和二氧化氮（NO
2）等空气污染物。近年来，空气传播微塑料（AMPs）被强调为一种新的环境威胁。微塑料（MPs）是持久性合成材料，可在环境中长期存在，甚至到达偏远地区。吸入的MPs可到达深肺或肺泡，并可能易位至其他器官。本综述旨在综合当前关于空气传播微塑料的证据，包括其与呼吸道疾病的机制联系及其对全球空气质量政策的影响。
**2. 方法学**
本叙述性综述旨在整合关于空气传播微塑料（AMPs）的现有证据，重点关注其来源、理化性质、环境扩散、吸入暴露途径、毒理学分子机制、呼吸道健康影响、检测方法以及对环境和公共卫生政策的影响。通过检索PubMed、Scopus和Web of Science数据库，收集了2015年1月至2025年6月间发表的同行评审研究。文献检索使用了医学主题词表（MeSH）和自由关键词，如“airborne microplastics”、“respiratory toxicity”等，并采用布尔运算符（AND和OR）以增强检索策略。重点收录了同行评审的原始实验研究、观察性及流行病学研究、系统综述、荟萃分析和权威英文报告。文献根据其与吸入微塑料、呼吸道沉积与暴露、毒理学过程、分析检测方法、呼吸道疾病及监管观点等相关性进行筛选。所获材料被严格评估并基于研究主题进行叙述性整合，包括来源与特性、全球分布与暴露、沉积与吸收、氧化应激与线粒体损伤、炎症信号通路、炎症小体激活、细胞死亡、巨噬细胞功能障碍、气道重塑、与呼吸道疾病的机制联系、分析方法以及现有法规与未来研究重点。由于现有文献中颗粒特性、暴露条件、分析技术和健康效应存在显著差异，定量合成被认为不适用，因此采用叙述性整合。
**3. 空气传播微塑料的来源与特性**
空气传播微塑料（AMPs）已成为一类独特的大气污染物，能够长距离传输并到达偏远地区。其来源可分为一次源和二次源。一次源主要与人类活动和工业过程相关，如纺织品（释放聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等微纤维）、轮胎和刹车磨损、城市灰尘和建筑颗粒、工业活动（塑料制造和回收）以及塑料废物焚烧。二次源则来自环境中颗粒的再排放，如海洋气溶胶化、陆地再悬浮以及城市和室内再悬浮。室内和室外AMPs在来源和特性上存在差异：室内浓度通常较高，主要来自纺织品和日常活动；室外主要来自道路交通。AMPs的物理化学特性包括尺寸（多数小于1毫米，<10微米的颗粒可深入呼吸系统）、形态（纤维最常见，碎片次之）和化学成分（包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等）。微塑料通常携带添加剂或吸附污染物，如重金属和持久性有机化合物，可能加重其毒理学影响。
**4. 全球分布与暴露途径**
空气传播微塑料（AMPs）的全球分布和暴露途径由地理、环境和人类活动因素共同决定。城市工业区、沿海城市和室内职业场所是主要热点区域。吸入是人类暴露的主要途径，AMPs可携带病原体和其他有害物质。室内环境（如家庭、办公室）通常比室外具有更高的微塑料浓度。室外微塑料污染受城市空气质量、交通排放、农业实践和长距离大气传输影响。某些人群（儿童、老年人、工业工人和城市贫困社区）因生理或环境因素更容易受到暴露。新兴分析技术，如傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和热裂解-气相色谱/质谱法（Py-GC/MS），正在增强对AMPs的检测和定量能力。
**5. 与呼吸健康的机制联系**
**5.1. 呼吸道沉积与细胞摄取**：吸入是主要暴露途径。基于空气动力学直径，大于10微米的颗粒通常被截留在上呼吸道，而小于2.5微米的微塑料和纳米塑料可深入远端气道和肺泡区域。沉积后，MPs可通过多种内吞途径被肺上皮细胞内化，导致线粒体功能障碍、活性氧（ROS）产生增加、炎症信号通路激活，最终损害上皮屏障完整性并诱导细胞凋亡或焦亡。肺泡巨噬细胞通过吞噬作用清除颗粒，但可能无法吞噬较大颗粒和长纤维，导致“受挫吞噬”，引发慢性炎症。超细MPs和纳米塑料可能通过跨细胞转运或旁细胞扩散穿过肺泡-毛细血管屏障，已在人血和胎盘组织中检测到塑料颗粒。
**5.2. 氧化应激**：氧化应激是吸入MPs肺毒性的主要机制。MPs引发过量ROS产生，导致脂质过氧化、蛋白质氧化和DNA损伤（如8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG））。抗氧化防御机制（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和谷胱甘肽（GSH））受损会加重氧化损伤。
**5.3. 线粒体功能障碍**：线粒体损伤是MPs肺毒性的基础过程，导致膜去极化、氧化磷酸化受阻、ATP合成减少和线粒体ROS（mtROS）产生增加，从而触发凋亡和炎症信号级联，包括NF-κB和NLRP3炎症小体。
**5.4. 炎症信号通路**：吸入MPs通过氧化应激激活NF-κB和MAPK信号通路，促进TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎介质的产生，同时抑制Nrf2-Keap1抗氧化防御机制，形成氧化应激和炎症的恶性循环。慢性炎症信号随后激活PI3K/Akt和STAT3通路，促进细胞外基质重塑和纤维化。
**5.5. 炎症小体激活**：NLRP3炎症小体激活是连接MPs与肺部免疫反应的关键炎症过程。MPs诱导的氧化应激、线粒体损伤和溶酶体破坏促进NLRP3-ASC-caspase-1通路的组装，导致IL-1β和IL-18的成熟以及焦亡细胞死亡。
**5.6. 细胞死亡**：吸入MPs可通过多种相互关联的调控细胞死亡途径（凋亡、焦亡、铁死亡和自噬相关细胞死亡）诱发肺细胞损伤。这些反应主要由氧化应激、线粒体功能障碍和溶酶体破坏介导。铁死亡的特征是脂质过氧化和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性降低。
**5.7. 巨噬细胞功能障碍**：肺泡巨噬细胞的功能障碍是连接MPs蓄积与持续性肺部炎症的关键机制内化MPs导致溶酶体应激、ROS生成增加和促炎介质持续分泌，并激活NLRP3炎症小体。
**5.8. 气道重塑**：气道重塑是慢性MP暴露的潜在长期后果，涉及转化生长因子-β（TGF-β）信号通路激活、成纤维细胞转化为肌成纤维细胞、上皮-间充质转化（EMT）以及基质金属蛋白酶（MMPs）与金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）失衡。
**5.9. 知识空白**：包括方法学障碍与统一性（如使用未老化聚合物颗粒、高剂量暴露）、人类研究与临床意义缺乏、生物标志物与分子标志物不足、以及需要更生理相关的模型和长期研究。
**6. 呼吸道疾病**
**6.1. 哮喘**：AMPs可能通过氧化应激、线粒体功能障碍和炎症信号影响哮喘相关反应，导致上皮完整性丧失、警报素分泌（如IL-33、IL-25、TSLP）和2型免疫激活。但缺乏直接的人类证据，尚不清楚AMPs是否直接诱导哮喘或仅作为加重因素。
**6.2. 慢性阻塞性肺疾病（COPD）**：AMPs可能通过持续性氧化应激、巨噬细胞激活和细胞外基质（ECM）破坏参与COPD样疾病机制，包括蛋白酶-抗蛋白酶失衡（如MMP-9释放）和TGF-β信号介导的纤维化与气道重塑。但缺乏独立诱导COPD的明确证据。
**6.3. 肺癌**：AMPs可通过氧化应激、慢性炎症和遗传毒性（如DNA损伤、微核形成、染色体畸变）促进肺癌发生，并可能作为多环芳烃（PAHs）等环境致癌物的载体。但尚未建立直接因果关系。
**6.4. 肺纤维化**：AMPs通过持续性氧化应激、炎症、上皮损伤和异常组织修复促进肺纤维化，关键过程包括成纤维细胞激活、TGF-β/Smad信号通路、上皮-间充质转化（EMT）和胶原沉积。但人类数据稀缺。
**7. 气候变化与全球健康的交汇**
**7.1. 极端天气（沙尘暴、野火）与微塑料传输**：气候变化加剧的极端天气事件可远距离扩散微塑料，塑料生产又加剧温室气体排放，形成循环关系。
**7.2. 废物管理不善（洪水与塑料降解加剧）**：管理不善的塑料废物（MPW）堵塞排水系统加剧洪水，洪水又促进塑料再分布和降解，释放微塑料和有害物质。
**7.3. 公平性问题（中低收入国家暴露更高）**：气候变化对中低收入国家（LMICs）影响不成比例，加剧健康不平等，边缘化社区面临更大气候相关健康风险。
**7.4. 全健康（One Health）视角**：全健康框架提供了环境、动物和人类健康之间联系的全面视角，强调跨学科合作应对气候变化带来的健康威胁，如人畜共患病。
**8. 政策、监管与缓解策略**
**8.1. 当前政策空白**：现有监管框架未能充分应对空气传播微塑料暴露，缺乏全球标准化的采样和风险评估方法，未设定空气质量指导值。
**8.2. 工程控制**：通过源头控制（低脱落材料、封闭工艺）、室内调节（HEPA过滤、高效通风）和职业调节（局部排风、湿式清洁）直接减少暴露。
**8.3. 城市规划**：通过改善固体废物管理、可持续交通规划、绿色基础设施和低排放建筑材料，减少人口暴露。
**8.4. 废物管理**：向循环经济转型，实施生产者延伸责任（EPR）计划，提高回收率，从源头减少塑料泄漏和二次微塑料生成。
**8.5. 监测**：建立国际公认的监测协议（包括采样、聚合物鉴定、质量控制），结合人类生物监测（如肺组织、血液、痰液）和先进检测技术（如Py-GC/MS），以支持基于证据的监管。
**8.6. 公众意识**：通过公众教育、行为干预（减少一次性塑料使用）、有效风险沟通和公民科学项目，提高公众参与，促进可持续行为改变，但需与监管措施协同。
**9. 研究重点**
**9.1. 暴露评估与分析方法的标准化**：需要开发全球一致的监测方法，包括采样、聚合物鉴定、颗粒计数和污染控制，并改进纳米塑料的检测技术（如自动拉曼成像、高光谱分析）。
**9.2. 纵向人体健康研究**：建立多中心纵向队列，结合标准化空气监测、人体生物监测和呼吸评估，以确定因果关系，特别关注儿童、老年人和职业暴露人群。
**9.3. 暴露与早期疾病检测的生物标志物**：验证氧化应激、炎症、上皮损伤和纤维化相关生物标志物（如ROS、MDA、8-OHdG、IL-6、TNF-α），并整合多组学技术（转录组学、蛋白质组学、代谢组学）以识别分子特征。
**9.4. 环境相关暴露模型**：开发先进的吸入模型（如气液界面（ALI）呼吸模型、雾化MP暴露系统），使用真实环境中的颗粒混合物（老化塑料、纤维、纳米塑料和污染物组合），模拟慢性低剂量暴露。
**9.5. 将实验证据转化为公共卫生干预措施**：将毒理学数据与人类健康结果联系起来，使用类器官、ALI系统等人类相关模型，并整合个人暴露监测、生物标志物和临床评估，以制定基于证据的预防措施和法规。
**9.6. 未来机制研究方向**：采用系统生物学方法（如单细胞测序、空间组学），使用人类相关模型（如肺芯片），并建立将颗粒特性、分子机制、生物标志物和临床结果联系起来的总框架，以阐明从颗粒蓄积到慢性疾病发展的精确生化途径。
**10. 结论**
空气传播微塑料（AMPs）已成为一类重要的空气污染物，对呼吸健康和生态可持续性带来重大风险。它们通过引发氧化应激、线粒体功能障碍、炎症小体激活、上皮屏障破坏、免疫失调和细胞外基质重塑等相互关联的生物事件，促进慢性呼吸道疾病的发生和发展。然而，大多数机制知识来自体外和动物研究，人类流行病学数据匮乏。迫切需要标准化监测方法、纵向流行病学研究以及环境相关暴露模型。将空气传播微塑料监测纳入环境评估计划，改善塑料废物管理，减少主要来源排放，并在一体化健康框架内促进跨学科合作，是保护公众健康的关键。空气传播微塑料应被视为一种新兴的呼吸毒物，需要紧急的跨学科研究和数据驱动的政策制定。
