《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Polystyrene microplastics impair sheep spermatogenesis by disrupting rumen microbiota-derived butyrate signaling
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背景：微塑料（microplastics, MPs）是新出现的环境污染物，具有雄性生殖毒性；然而其对反刍动物的效应与机制仍不清楚。结果：本研究将雄性湖羊（Hu lambs）饲喂含0、75、150 mg/kg日粮的聚苯乙烯微塑料（polystyrene micr
背景：微塑料（microplastics, MPs）是新出现的环境污染物，具有雄性生殖毒性；然而其对反刍动物的效应与机制仍不清楚。结果：本研究将雄性湖羊（Hu lambs）饲喂含0、75、150 mg/kg日粮的聚苯乙烯微塑料（polystyrene microplastics, PS-MPs）120 d，随后进行180 d恢复。PS-MPs暴露导致持续性睾丸损伤，表现为生精小管结构紊乱和生殖细胞凋亡增强。单细胞转录组显示精原细胞分化受损，并伴有Nrf2相关抗氧化反应受抑。代谢组进一步发现睾丸与血浆中谷胱甘肽（glutathione, GSH）代谢失调。重要的是，睾丸组织未检出PS-MPs，说明可检出的直接颗粒蓄积不太可能是主要毒性驱动因素。瘤胃分析显示PS-MPs改变微生物组成，尤其降低产丁酸菌，瘤胃丁酸与循环β-羟基丁酸（β-hydroxybutyrate, BHB）持续下降。研究人员向暴露绵羊补充丁酸钠（sodium butyrate, NaB），动态分析显示瘤胃丁酸先恢复，继而循环BHB、全身炎症与氧化状态改善，最终睾丸损伤减轻且Nrf2信号恢复。结论：PS-MPs通过瘤胃来源丁酸改变而非可检出直接组织蓄积扰乱绵羊精子发生；该研究为微塑料诱导睾丸毒性提供新见解，并支持瘤胃微生物群-代谢物轴作为反刍动物远端器官毒性的潜在机制联系。
研究背景方面，微塑料（microplastics, MPs）作为新出现的环境污染物，已在人类睾丸、精液、牛附睾精子及鼠类模型中显示雄性生殖毒性，但反刍动物长期暴露下的生殖损害与机制仍不明确。绵羊既是重要食品生产物种，也是遗传资源，而农业塑料膜使聚苯乙烯（polystyrene, PS）在畜禽饲料与粪肥中广泛存在。由于反刍动物具有瘤胃这一厌氧发酵腔室，其“瘤胃微生物群-代谢物-远端器官”调控可能与单胃动物不同，因此研究人员拟回答：慢性PS-MPs是否通过瘤胃微生物来源丁酸（butyrate）信号间接损害绵羊精子发生。
研究人员建立雄性湖羊（Hu lambs）对照组、75 mg/kg与150 mg/kg PS-MPs日粮120 d暴露模型，继以180 d自然恢复；另设丁酸钠（sodium butyrate, NaB）干预试验。研究得出：PS-MPs未在睾丸可检出蓄积，却引起生精障碍、氧化炎症损伤与精原分化受阻；其上游为瘤胃微生物紊乱、产丁酸菌减少、瘤胃丁酸与循环β-羟基丁酸（β-hydroxybutyrate, BHB）下降；补充NaB可按“瘤胃丁酸→循环BHB→全身氧化还原/炎症→睾丸Nrf2信号”顺序逆转损伤。该文发表于《Journal of Animal Science and Biotechnology》，意义在于把微塑料生殖毒性机制从“颗粒直接蓄积”拓展到“瘤胃微生物群-丁酸-BHB-睾丸”轴，为反刍动物繁殖健康风险评价提供依据。
主要关键技术方法上，样本来自甘肃农业大学东乡羊育种实验基地的3月龄断奶雄性湖羊（Hu lambs）；采用PS-MPs表征、组织学与超微结构观察、血清激素与抗氧化/炎症指标检测、睾丸与血浆非靶向代谢组、睾丸单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）、Py-GC/MS聚合物检测、瘤胃宏基因组（metagenomics）、挥发性脂肪酸（volatile fatty acids, VFAs）靶向代谢、实时荧光定量PCR及Western blotting，并以NaB干预验证因果。
PS-MPs暴露诱导睾丸内分泌失衡、氧化-炎症应激与结构损伤：研究人员通过体重、睾丸形态、血清卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone, FSH）/抑制素B（inhibin B, INHB）/睾酮（testosterone, T）/黄体生成素（luteinizing hormone, LH）、炎症因子、抗氧化酶与HE/电镜/免疫荧光/TUNEL/Western blotting，得出PS-MPs致生精小管异常、NLRP3/IL-1β上调、生殖细胞凋亡增加。
PS-MPs扰乱睾丸谷胱甘肽相关代谢：睾丸非靶向代谢组与OPLS-DA显示半胱氨酸和蛋氨酸代谢改变，谷胱甘肽与蛋氨酸随剂量下降。
PS-MPs损害精原分化并抑制Nrf2信号：scRNA-seq显示精原细胞（spermatogonia, SPG）发育轨迹阻滞，Nrf2通路基因NFE2L2、HMOX1、GCLC、GSTA1、NQO1下调，KEAP1上调。
睾丸组织无检出PS-MPs蓄积：Py-GC/MS在方法检测限内未检出睾丸聚苯乙烯，说明直接蓄积非主因。
PS-MPs扰乱全身氧化还原代谢：血浆PCA与KEGG显示谷胱甘肽代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢紊乱。
PS-MPs破坏瘤胃微生物群、降低丁酸并损伤瘤胃上皮：宏基因组显示α多样性下降、Butyrivibrio等产丁酸菌减少、butanoate metabolism基因crt/but/buk等下降；瘤胃丁酸与血清BHB降低，ZO-1/occludin下降、乳头变短。
停止PS-MPs后睾丸与瘤胃损伤持续：180 d自然恢复后体重、睾丸大小、激素、炎症、抗氧化、瘤胃丁酸/BHB与上皮屏障仍未恢复正常。
NaB干预后瘤胃丁酸先于全身改善：动态监测显示瘤胃丁酸迅速回升，第60 d血清BHB升高，激素、抗氧化、炎症逐步接近对照。
NaB改善局部氧化还原、睾丸结构与精子参数：生精小管直径、Johnsen评分、附睾精子浓度与形态异常率改善。
NaB伴随睾丸Nrf2相关抗氧化信号恢复：Nrf2、HO-1、NQO1、GCLC、GST表达回升，Keap1下降，Bax/Bcl-2比值降低。
讨论部分总结：研究人员指出，PS-MPs生殖毒性与其他哺乳动物一致表现为氧化应激、炎症与生精障碍；本研究的特别之处在于反刍动物睾丸未可检出PS，但瘤胃产丁酸功能受抑，使BHB这一内源性组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）抑制剂与GPR109A-AMPK/GSK-3β通路底物减少，进而削弱Nrf2核转位与下游HO-1、NQO1、GCLC、GST表达，并放大NLRP3炎症小体激活。NaB可补齐“瘤胃丁酸→上皮BHB→全身抗氧化/抗炎”链条，从而缓解睾丸损伤。该讨论把口服动力学、粒子粒径、检测方法与跨物种基质差异纳入解释，强调反刍动物微塑料毒性应重视瘤胃微生物-代谢轴而非仅关注颗粒物转运。
结论部分翻译：这些发现表明，PS-MPs暴露通过瘤胃来源丁酸改变而非可检出的直接组织蓄积扰乱绵羊精子发生。本研究为微塑料诱导的睾丸毒性提供见解，并支持瘤胃微生物群-代谢物轴作为反刍动物远端器官毒性的潜在机制联系。
