北方管鼻鹱（Fulmarus glacialis）塑料摄入与塑料相关化学品：瘢痕组织形成及内分泌干扰的探索性研究

《Environmental Pollution》：Plastic Ingestion and Plastic-Related Chemicals in Northern Fulmars ( Fulmarus glacialis): Exploration of Histopathological and Endocrine Alterations

　　

北方管鼻鹱（Fulmarus glacialis）是一种远洋海鸟，易摄入塑料。塑料颗粒的摄入可能产生物理和化学影响，尽管这些影响尚不明确。本研究调查了与塑料摄入相关的瘢痕组织形成和甲状腺干扰。研究人员确定了摄入塑料的类型和聚合物的丰度，以及肝脏中塑料相关化学品（PRCs；包括塑料添加剂、生产助剂和吸附的环境污染物）的浓度。共有14只（N=15，93.3%）雏鸟超过了生态质量目标（EcoQO）阈值（胃中含0.1g以上塑料）。所量化的PRCs中，没有一种似乎是塑料摄入的可靠替代指标。仅塑料类型“工业塑料”（即颗粒/“小圆粒”，区别于渔业等行业活动产生的塑料）与肝脏中的全氟/多氟烷基物质（PFAS）呈显著正相关。无论塑料暴露情况如何，一些PFAS化合物与总甲状腺素与游离甲状腺素之比（TT4:FT4）呈显著负相关，而其他PFAS和一些多溴联苯醚（PBDEs）与总三碘甲状腺原氨酸（TT3）及总与游离T3之比（TT3:FT3）呈显著正相关。大多数瘢痕组织的组织学观察被归类为“中度”，且未观察到胶原蛋白 prevalence（或瘢痕组织严重程度）与塑料摄入之间的相关性。然而，一些PBDEs和PFAS与胶原蛋白 prevalence 呈正相关。最后，甲状腺激素倾向于与胶原蛋白 prevalence 呈负相关。结合猎物摄入作为PRCs的重要暴露途径，塑料摄入是可能的额外途径。总之，研究人员假设PRCs的存在（可能源自工业塑料）可能诱导甲状腺干扰效应。然而，由于总塑料质量与PRCs无相关性，其他暴露途径可能对大多数管鼻鹱雏鸟的污染物负担更为重要。塑料摄入对胶原蛋白 prevalence 的影响仍不清楚。

一、研究背景与问题提出

塑料污染已成为全球海洋生态系统面临的严峻环境问题。北方管鼻鹱（Fulmarus glacialis，以下简称管鼻鹱）作为远洋海鸟，因其摄食生态学和胃部形态特征，极易摄入塑料，因此被用作北大西洋塑料污染的生物指示物种。北大西洋海洋环境保护委员会（OSPAR）设立了生态质量目标（EcoQO），规定胃中塑料含量达到0.1g及以上的管鼻鹱比例应低于10%。然而，此前斯瓦尔巴群岛的研究显示，不同年份和年龄组中12%至80%的管鼻鹱超过了该阈值，表明该地区塑料污染状况严峻。管鼻鹱雏鸟尤其容易通过亲鸟反刍摄食塑料，引发对其健康和生存的担忧。

塑料摄入可能产生物理性和毒理学影响。物理损伤包括胃壁的割伤、撕裂、感染和炎症，修复过程中受损组织被富含胶原蛋白的结缔组织替代，形成瘢痕组织。此前研究在鹱形目海鸟的前胃组织中发现了由塑料摄入诱导的纤维化，并将其定义为“塑料病”（plasticosis）。毒理学影响则源于塑料中浸出的化学物质。塑料产品中可能使用超过16000种化学品，其中4200种因其持久性、生物累积性、迁移性和/或毒性（PBMT）特性而受到关注。全氟/多氟烷基物质（PFAS）、多溴联苯醚（PBDEs）等持久性有机污染物（POPs）既可作为塑料添加剂或生产助剂存在，也可从环境中吸附于塑料表面，这些统称为塑料相关化学品（PRCs）。POPs已知可诱导鸟类产生甲状腺干扰效应，影响生长、发育、体温调节、代谢和行为。此外，POPs还可增加与纤维化相关的胶原蛋白和蛋白质的丰度，而甲状腺激素也参与调控胶原蛋白合成。

尽管已有研究探讨了管鼻鹱塑料摄入与污染物浓度的关系，但结果并不一致。有研究报道成年管鼻鹱摄入塑料与PBDE-209呈正相关，提示塑料来源的转移；而其他研究未发现PBDEs、脱氯烷或邻苯二甲酸酯与塑料负荷的相关性。然而，尚无研究系统调查特定塑料聚合物和类型与PRCs的关联，或塑料摄入的潜在物理效应。鉴于斯瓦尔巴群岛管鼻鹱雏鸟摄入大量塑料颗粒，研究塑料摄入对其身体和生理的影响至关重要。

本研究的主要目的是：1）调查摄入塑料是否诱导前胃瘢痕组织形成（以胶原蛋白 prevalence 衡量）；2）评估塑料作为管鼻鹱雏鸟肝脏中PRCs积累来源的作用；3）考察PRCs的甲状腺干扰特性；4）分析PRCs和甲状腺激素与胶原蛋白 prevalence 的相关性。由于使用野生个体且缺乏对照组，所有统计分析均基于Spearman相关分析，应视为探索性研究。

二、主要技术方法

研究人员于2023年9月6日至10日在斯瓦尔巴群岛孔斯峡湾海上采集了15只管鼻鹱雏鸟，经挪威动物护理委员会批准实施安乐死。研究采用以下关键技术方法：1）塑料提取与分析：解剖胃肠道，经1mm筛网分离塑料，按形状（工业塑料、薄膜、泡沫、线状、硬碎片）和大小分类，使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定聚合物类型；2）组织学分析：采用天狼星红染色法对前胃组织切片进行胶原蛋白染色，通过分级系统评估瘢痕组织严重程度（0-5级），并使用ImageJ软件定量胶原蛋白 prevalence；3）化学分析：采用气相色谱-质谱联用等方法定量肝脏中11种PBDEs和30种PFAS浓度；4）激素测定：使用酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒定量血浆中总甲状腺素（TT4）、游离甲状腺素（FT4）、总三碘甲状腺原氨酸（TT3）和游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）浓度；5）统计分析：使用Spearman相关矩阵分析各变量间关系，并辅以线性回归模型验证显著相关性。

三、研究结果

3.1 塑料颗粒与PRCs

共在雏鸟体内发现1433个塑料颗粒（7.45g），尺寸范围1mm至114mm。几乎所有管鼻鹱（14/15，93.3%）超过了0.1g的EcoQO阈值，其中两只摄入超过1g塑料。检测到七种塑料聚合物，聚乙烯（PE，n=847，59.1%）和聚丙烯（PP，n=347，24.2%）最为丰富，聚羟基丁酸酯（PHB）最稀少（13个颗粒，0.9%）。硬碎片是累积质量最高的塑料形状（5.63g，84.6%），其次是工业塑料（0.44g，6.6%）。尽管工业塑料仅占总塑料质量的6.6%，但个别个体比例显著较高，如ID8个体53%的摄入塑料为工业塑料。在11种分析的PBDEs中，3种同系物（PBDE-47、-154、-209）在超过50%样本中检出；在30种分析的PFAS中，11种同系物在超过50%样本中检出。

3.2 瘢痕组织严重程度

通过分级系统和胶原蛋白 prevalence 测量评估瘢痕组织严重程度。上前胃的管状腺中“高”严重程度（4级和5级）的比例高于下前胃，但大多数组织（60.8%）属于“中度”严重程度类别。

3.3 胶原蛋白 prevalence

上前胃管状腺的平均胶原蛋白 prevalence（3.23±0.87%）略高于下前胃（3.03±1.20%）。

3.4 血浆甲状腺激素浓度

TT4平均浓度为123.3 nmol/L，FT4为36.2 pmol/L，TT3为3.7 nmol/L，FT3为11.9 pmol/L。需注意TT4和FT4的测量可能略有高估，因为质控样品SRM2和SRM3的测量浓度超出了指定范围。

3.5 胶原蛋白 prevalence 与塑料类型的相关性

胶原蛋白 prevalence 与塑料类型之间的相关性分析显示，几乎没有观察到显著相关性。

3.6 PRCs与塑料聚合物和类型的相关性

工业塑料的重量与多种PFAS的肝脏浓度呈显著正相关，按相关系数降序排列为：PFTrDA（r_s=0.86，p=0.000）、PFUnDA（r_s=0.69，p=0.005）、PFDoDA（r_s=0.68，p=0.005）、∑PFCA（r_s=0.65，p=0.009）、线性PFOA（r_s=0.59，p=0.020）和PFDA（r_s=0.54，p=0.036）。线性模型验证后这些关系均保持显著。聚酰胺与线性PFOA呈较弱正相关（r_s=0.55，p=0.035），但线性模型不显著。此前被建议作为塑料摄入替代指标的PBDE-209未与总塑料质量/数量或塑料类型显示显著关系。总体而言，总塑料质量与∑PBDE、∑PFSA和∑PFCA均无显著相关。

3.7 PRCs与甲状腺激素的相关性

TT3与7:3 FTCA（r_s=0.67，p=0.007）、PBDE-209（r_s=0.65，p=0.011）和∑PBDE（r_s=0.64，p=0.012）呈显著正相关。TT3:FT3比值与PBDE-209（r_s=0.61，p=0.018）和7:3 FTCA（r_s=0.54，p=0.042）呈正相关。相反，TT4:FT4比值与多种PFAS化合物呈显著负相关：PFNA（r_s=-0.59，p=0.023）、PFDA（r_s=-0.67，p=0.008）、PFUnDA（r_s=-0.72，p=0.003）、PFDoDA（r_s=-0.75，p=0.002）和∑PFCA（r_s=-0.73，p=0.003）。线性模型验证后这些关系均保持显著。

3.8 PRCs与胶原蛋白 prevalence 的相关性

上前胃管状腺的胶原蛋白 prevalence 与∑PFSA（r_s=0.63，p=0.032）、∑PFOS（r_s=0.61，p=0.040）和线性PFOS（r_s=0.59，p=0.046）呈显著正相关。下前胃管状腺的胶原蛋白 prevalence 与PFDoDA呈正相关（r_s=0.56，p=0.032）。线性回归模型中，上前胃管状腺与线性PFOS（p=0.048）和下前胃管状腺与PFDoDA（p=0.007）的关系保持显著。

3.9 胶原蛋白 prevalence 与甲状腺激素的相关性

胶原蛋白 prevalence 与甲状腺激素之间的相关性分析显示，仅有少数显著相关性。TT4:FT4比值与下前胃管状腺（r_s=-0.54，p=0.042）和总前胃（r_s=-0.56，p=0.031）的胶原蛋白 prevalence 呈显著负相关。

四、讨论与结论

在讨论部分，研究人员指出未观察到胶原蛋白 prevalence（或瘢痕组织严重程度）与总塑料质量或数量之间的相关性，表明未发生此前在鹱形目海鸟中报道的“塑料病”。然而，本研究中确实观察到瘢痕组织的存在，管状腺的损伤可能影响保护性黏液、盐酸和消化酶的分泌，降低胃酸度，增加感染风险，并因结缔组织弹性降低导致前胃壁增厚，影响营养吸收效率。

在PRCs来源方面，仅工业塑料与多种PFAS化合物呈显著正相关。尽管PFAS并非塑料添加剂，但其或其前体被用作塑料生产助剂，导致其在氟聚合物中非故意存在。然而，总塑料质量与PRCs无显著相关，表明对大多数个体而言，猎物摄入等其他暴露途径对污染物负担更为重要。研究结果不支持PBDE-209作为塑料摄入的替代指标，这与先前研究的建议相悖。

关于甲状腺干扰效应，PBDE-209和7:3 FTCA与TT3及TT3:FT3比值呈正相关，而多种PFAS化合物与TT4:FT4比值呈负相关。这些发现提示PRCs可能通过干扰转运蛋白合成、与激素竞争结合转运蛋白或干扰脱碘酶活性等机制产生甲状腺干扰效应。但需注意TT4和FT4测量可能高估的方法学局限，以及猎物摄入作为POPs主要暴露途径的遮蔽效应。

在组织学效应方面，胶原蛋白 prevalence 与线性PFOS和PFDoDA呈正相关，与小鼠口服PFAS混合物后胶原蛋白增加的报道一致。管状腺比黏膜下层表现出更强的相关性，可能与解剖位置导致的直接暴露差异有关。甲状腺激素与胶原蛋白 prevalence 的负相关可能反映甲状腺激素对胶原蛋白分解代谢的调控作用，但也可能是被动关联而非因果关系。

研究结论指出，由于总塑料质量与PRCs无相关性，塑料以外的暴露途径可能对大多数管鼻鹱雏鸟的污染物负担更为重要。研究人员假设PRCs的存在（可能源自工业塑料）可能诱导甲状腺干扰效应，但该假设仍属推测，需要受控实验验证。塑料摄入和PRCs对海鸟胶原蛋白 prevalence 的影响需要更多研究。未来研究应包含聚合物鉴定和其他PRCs分析，并调查亚致死效应，如激素干扰及有毒化学物质暴露对组织学变化和炎症生物标志物的影响。该论文发表于《Environmental Pollution》。