综述：食品生产系统中的微塑料：来源、暴露途径与胃肠道健康效应

《Current Research in Food Science》：Microplastics in Food Production Systems: Sources, Exposure Pathways, and Gastrointestinal Health Effects

　　

微塑料(MPs)和纳米塑料(NPs)已成为食品生产系统中普遍存在的污染物，其可能对胃肠道及全身健康产生的影响日益引起关注。本综述总结了当前关于MPs/NPs在食品生产链中的存在、来源和生物效应及其对人类肠道影响的相关证据。体外实验研究表明，MPs/NPs可诱导氧化应激、炎症、基因毒性、代谢失调和上皮屏障功能障碍；体内动物研究则显示其可破坏肠道稳态、改变肠道菌群、发生系统性易位，并引起肝脏、代谢和免疫紊乱。与环境污染物及食品相关化学物质的共同暴露可能通过协同机制进一步增强毒性。尽管人类证据仍然有限，但已在包括肝脏在内的人体组织中检出MPs，提示存在系统性暴露的可能性。新出现的证据还提示MPs/NPs与肠道微生物组之间存在复杂相互作用，但这些发现的临床意义仍不明确。因此，目前的知识主要来自实验模型，关于人类暴露水平、剂量-反应关系和长期健康后果仍存在很大的不确定性。未来需要设计良好的人体研究和标准化的暴露评估方法，以阐明与膳食MPs/NPs相关的健康风险。

1. 引言
微塑料(MPs)是直径小于5 mm的合成聚合物碎片，已成为全球食品系统中的重要污染物。按大小分为大型塑料、MPs和纳米塑料(NPs)，按聚合物类型分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)和聚苯乙烯(PS)。膳食是主要暴露途径，包括受污染农产品、海产品、乳制品和包装材料。现有证据表明MPs可沿食物链发生营养转移，但真正的生物放大作用仍不确定。胃肠道(GI)是最直接的靶器官之一，实验研究提示其可引起炎症、肝细胞损伤和菌群紊乱，但人类直接证据有限。

2. 食品生产系统中的微塑料
MPs由大型塑料破碎降解及工业、农业和生活活动产生，并通过废水排放、大气沉降、城市径流和农业实践进入环境。农业地膜、污水污泥、有机肥和污水灌溉导致农田土壤中MPs显著积累，土壤浓度可达每千克干土数百至13000个颗粒。MPs可黏附植物表面或穿透根系进入可食用作物，根菜类尤为易感；特级初榨橄榄油中也已检出MPs。畜牧业和水产养殖通过受污染饲料、饮水及环境介质暴露，MPs可在组织器官蓄积并进入肉、奶、蛋和海鲜产品。水产养殖作为快速增长的生产部门，其排放可加剧周边生态系统和食物链污染。食品加工和包装是二次污染来源：塑料设备磨损、机械应力、热处理以及塑料接触材料可释放MPs，茶包和各类饮料包装也被证实可释放MPs/NPs。各来源对膳食暴露的相对贡献尚难量化，需标准化暴露评估。

3. 膳食暴露与风险评估
膳食摄入是MPs/NPs的主要人体暴露途径。饮用水、啤酒、牛奶、精制糖及塑料包装糖果中均检出污染。跨13类食物比较显示，按实际消费模式校正后，水果、蔬菜和谷物贡献最高的估算每日摄入量，总摄入估计值跨越多个数量级。蛋奶素食者的MPs摄入量约为地中海饮食或西式饮食的两倍。不确定性主要来自傅里叶变换红外光谱(FTIR)和μ-拉曼光谱等方法不统一、小颗粒检测阈值缺乏以及儿童、孕妇和高海产品消费人群等亚组数据不足。与传统食品污染物相比，MPs缺乏健康指导值和完整的剂量-反应数据，风险评估框架尚不成熟。

4. 胃肠道暴露与命运
摄入后MPs首先与GI道接触，其消化行为受粒径、形态、表面电荷和化学组成影响。小颗粒可被细胞摄取并穿过肠道屏障，进入血液和淋巴循环，导致系统性分布。长期暴露可能破坏肠道屏障、改变菌群组成、诱导氧化应激和炎症，并引起局部及全身效应。

5. 胃肠道健康效应
MPs与肠上皮相互作用，可降低occludin、claudin-1和zonula occludens-1(ZO-1)等紧密连接蛋白的表达并改变其定位，增加肠道通透性，促进微生物产物和内毒素移位，激活固有免疫信号并通过肠-肝轴介导全身炎症和代谢紊乱。

5.1 物理效应
MPs可机械刺激和损伤肠黏膜，长期积累破坏上皮完整性和紧密连接，导致“肠漏”，使腔内毒素、病原体和炎症介质进入组织及循环。还可减少黏液分泌、降低杯状细胞数量并损伤肠绒毛。这些效应通常呈粒径和剂量依赖性，较小颗粒更易被细胞摄取和穿越肠道屏障，但多数证据来自实验模型，人类相关性和慢性低剂量后果尚不确定。

5.2 化学毒性与系统效应
MPs可携带增塑剂如双酚A(BPA)、邻苯二甲酸酯及吸附的重金属和农药等污染物。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)可增加5 μm MPs的细胞摄取，联合暴露比单独MPs暴露产生更强的细胞毒性，表现为活性氧(ROS)生成增加和乳酸脱氢酶(LDH)释放升高。氧化应激通过ROS过量产生与抗氧化防御失衡造成细胞损伤。肠-肝轴是MPs系统性易位的重要通路：肠道屏障受损增加脂多糖(LPS)、微生物代谢物和炎症因子进入门脉，通过Toll样受体4(TLR4)/NF-κB信号激活肝内免疫细胞，促进肝脏炎症、脂质代谢紊乱、焦亡和铁死亡，并可能抑制脂肪酶活性、影响胰腺外分泌和糖代谢。

5.3 炎症与免疫反应
MPs可被巨噬细胞通过Fc受体介导的相互作用识别，激活自噬、代谢重编程和基因毒性反应，促进ROS生成和促炎细胞因子释放。屏障破坏使腔内抗原进入深层组织，激活TLR4/TLR9、MyD88和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路，上调活化蛋白-1(AP-1)和干扰素调节因子-5(IRF-5)，释放肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和IL-1β。MPs还可激活NLRP3炎症小体，形成屏障功能障碍与免疫激活相互促进的慢性炎症循环。聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)已被证明可诱导慢性结肠炎，而花青素-3-葡萄糖苷(C3G)可能通过调节菌群和炎症通路发挥缓解作用。

5.4 微生物群破坏
MPs可降低肠道菌群多样性、富集大肠杆菌和变形菌属等条件致病菌，并减少有益共生菌。菌群失调促进促炎介质释放，并可通过肠-肝轴影响胆汁酸、短链脂肪酸、氨基酸和脂质代谢。食物链转移的NPs可上调Cyp26a1基因，扰乱视黄酸代谢并导致肝毒性。粒径对菌群和氧化应激的影响存在差异，较大颗粒可能诱导更强的氧化应激，较小颗粒对菌群组成影响更显著。MPs诱导的菌群失调与屏障损伤、炎症和氧化应激之间可形成恶性循环，但其特异性及相对于其他饮食和环境应激源的贡献仍待阐明。

6. 生物学合理性：代表性临床前研究
6.1 体外研究-细胞培养模型
多种细胞系对MPs的反应具有细胞类型依赖性，不同来源的MPs可降低某些细胞活力并促进另一些细胞增殖。聚乙烯微塑料(PE-MPs)可增强结直肠癌细胞增殖、炎症信号、血管生成和侵袭能力，上调Sirtuin 1(SIRT1)和钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)，而SGLT2抑制可逆转促肿瘤效应并诱导铁死亡。光老化的可生物降解塑料可释放更多微纳米塑料并引起剂量依赖性细胞毒性。PET和PVC纳米塑料的细胞毒性強于PS纳米塑料；全氟辛烷磺酸(PFOS)可增强PS纳米颗粒的细胞摄取并加重氧化损伤。

6.2 动物研究-小鼠模型
动物实验表明，口服MPs/NPs可损害肠屏障、促进炎症、改变上皮稳态并加重实验性结肠炎。PS-NPs与草甘膦联合暴露通过TLR4/NF-κB/NLRP3通路加剧肝损伤。慢性PS-NPs暴露可诱导肥胖、肝脂肪变性和炎症，并扰乱磷脂酰胆碱和花生四烯酸代谢。PET-NPs可改变肠道和肺部菌群，促进韦荣球菌属、普雷沃菌属和假单胞菌属等促炎革兰阴性菌增加。混合MPs经口暴露后可移位至脑、肝和肾，并引起剂量依赖性和聚合物依赖性代谢组变化，但动物实验剂量常高于人类膳食暴露估算值。

6.3 人类证据
人类证据仍以探索性研究为主。一项概念验证研究在肝硬化肝组织中检出6种MP聚合物（4–30 μm），而在无肝病人群的肝、肾和脾中未检出，提示MPs可能与慢性肝病相关，但因果方向无法确定。健康人粪便中分离的细菌可降解低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP)，提示肠道菌群可能参与MPs的生物转化，但其生理和健康意义尚不明确。

7. 风险评估挑战
拉曼光谱、FTIR、激光直接红外(LDIR)成像和热裂解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS)等方法在粒径检测限、聚合物鉴定和定量准确性方面各有优劣，污染控制和质量保证不一致导致研究间比较困难。MPs的粒径、形状、聚合物组成、表面电荷、老化和吸附污染物等多种因素影响其毒性，目前尚缺乏统一的安全阈值和健康指导值。

8. 食品生产中的缓解措施
减少农业塑料使用、采用可降解或可持续替代品并改善废物管理，有助于降低MPs释放。改进食品加工中的过滤、监测、卫生和质量控制，减少塑料接触表面，可降低二次污染。开发更安全的包装材料需要基于迁移测试和生命周期评估，而非默认可降解材料更安全。世界卫生组织(WHO)、联合国粮农组织(FAO)、欧洲食品安全局(EFSA)和欧盟委员会均强调标准化方法的重要性；良好生产规范(GMP)、危害分析与关键控制点(HACCP)以及膜过滤、电絮凝和磁分离等新技术可用于减少食品生产链中的MPs污染。

9. 当前毒理学研究的局限性
多数体外和动物研究使用高于环境相关水平的暴露剂量，并采用原始、均质、商业化的颗粒，而真实人类暴露涉及风化、异质且携带污染物的颗粒混合物。暴露时间短、途径简化，限制了对人类健康风险的直接外推。

10. 研究空白与未来方向
需要长期、设计良好的人体队列研究和标准化暴露评估方法，包括统一的采样、检测和定量方案，以及涵盖粒径、浓度、聚合物组成、表面电荷和老化状态的暴露指标。整合宏基因组学、代谢组学、转录组学和蛋白质组学的多组学研究，有助于阐明宿主-微生物群-塑料轴的作用机制。

11. 结论
MPs已普遍存在于现代食品系统并导致持续饮食暴露。实验证据支持MPs/NPs通过破坏肠屏障、诱导氧化应激和炎症、改变肠道菌群及干扰代谢和免疫稳态而产生不良影响，吸附污染物可能放大毒性。然而，直接证明MPs暴露与人类特定胃肠道疾病相关的证据仍有限，因果关系尚未确立。未来应优先开展大规模流行病学研究、标准化暴露评估和机制研究，以支持可靠的风险评估和监管决策。