科学通报|微/纳塑料穿透机体生物屏障及其健康效应

由于塑料的生产量和废弃量逐年急剧递增 , 微 / 纳塑料环境污染问题日益凸显 , 已成为全球关注的重大环境问题。食物、水体、空气及日用品中的微 / 纳塑料能够通过消化道、呼吸道及皮肤接触等途径进入人体 , 对组织器官产生毒性效应 , 危害人体健康。

本文聚焦微 / 纳塑料的毒性效应与健康风险研究热点 , 系统梳理了微 / 纳塑料在人体、模式动物及典型人源细胞中的相关研究 , 评述了微 / 纳塑料的主要机体暴露途径及其穿透胃肠道屏障、肺部屏障、皮肤屏障的能力；分析了微 / 纳塑料透过机体血液循环发生血肝转移、血脑转移、血睾转移、血胎转移并在各器官中蓄积的行为过程与主控因素；阐述了微 / 纳塑料对机体不同组织和器官的毒性效应及其潜在作用机制；探讨了当下微 / 纳塑料健康风险研究面临的瓶颈及关键技术难点；提出了未来研究应当对微 / 纳塑料的精确定性定量方法、载体效应、流行病学调查等方面加以注重 , 以期为进一步指导微 / 纳塑料人体健康效应研究奠定基础。

1微/纳塑料的主要机体暴露途径

食物、水体、空气及日用品中的M/NPs能够通过消化道、呼吸道及皮肤接触等途径进入人体 。在胃肠系统、肺部及皮肤组织中积累的M/NPs可以穿透肠道、肺及皮肤屏障, 进入人体血液循环系统, 并最终到达组织器官内部, 对机体产生毒性效应。

图1 人体微/纳塑料暴露途径

2微/纳塑料在机体中的转移蓄积

M/NPs穿透胃肠道粘膜屏障、肺部气血屏障及皮肤屏障进入人体血液后, 可在范德华力、静电引力、氢键和疏水作用下吸附于红细胞表面或被其内化, 进而降低M/NPs在血液循环过程中被肝脏和脾脏清除的可能, 延长其在血液中的停留时间, 增加其转移到其他次级器官的风险。

图2 微/纳塑料穿透生物屏障及其在器官中的转移与蓄积

3微/纳塑料的机体毒性效应及作用机制

基于体外人体细胞培养和模式动物暴露实验的结果,环境中的M/NPs能够通过多种暴露途径进入人体, 穿透人体重要生物屏障, 在体内不同组织和器官中蓄积, 引发氧化应激、慢性炎症、细胞毒性等。

图3 微/纳塑料的潜在毒性作用机制

4结论与展望

(1) 当前有关M/NPs的人体健康效应研究仍存在诸多矛盾和疑问。发展灵敏、可靠的示踪和定量技术, 并建立一套通用的实验暴露体系与标准, 对精准评估M/NPs的人体暴露风险至关重要。

(2) 环境中M/NPs存在明显的异质性, 包括时空异质性及M/NPs本身性质的异质性。因此, 真实环境中MPs的实际浓度始终存在争议。如何在多过程、多界面的复杂情景下, 构建环境M/NPs浓度与人体内M/NPs浓度间的关系, 并关联人体各组织器官MPs的蓄积与其健康效应是未来亟需进一步研究的重点。

(3) M/NPs具有较大的比表面积, 能够成为一些病原菌、抗性基因、持久性有机污染物及重金属的载体, 并可能对生物体产生协同毒性效应。因此, 亟需探明环境条件下, 其他共存污染物对M/NPs的人体吸收及体内转移过程的影响, 揭示M/NPs与其他环境污染物对人体健康的联合毒性效应及其毒性作用机制。

(4) 进入人体的M/NPs不可避免地与体内的蛋白、多糖、核酸等小分子接触并发生相互作用, 进而在M/NPs表面形成生物冠。这将赋予M/NPs新的理化性质, 影响其在组织细胞界面中的生物过程及潜在毒性。因此, 未来研究应加强关注M/NPs在人体生理环境中的行为过程, 建立M/NPs毒性与其生物界面过程间的量化关系。

(5) 开展不同细胞系或小鼠暴露实验是当下评估M/NPs人体健康风险最为常见且有效的方法。

(6) 由摄入M/NPs而引发的“塑料病”已诞生, 但现有研究多为实验性论文, 缺乏人群队列的流行病学调查研究。因此, 有必要在不同时间、不同地点、不同特征的人群组中开展M/NPs相关疾病的调查分析, 探究M/NPs暴露浓度、暴露时间、颗粒尺寸与疾病的联系, 为全面且准确地评价现实环境中M/NPs对人体健康的影响提供第一手资料。

仇浩 , 李京京 , 陈光全 , 曹天宜 , 李晶 , 李星 , 仇荣亮* . 微 / 纳塑料穿透机体生物屏障及其健康效应 . 科学通报 , 2024, 69(6): 717-730,

https://doi.org/10.1360/TB-2023-0295

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