作者:王笑臣,陈娇等,武汉大学人民医院生殖医学中心
近年来,微塑料(MPs)的暴露对育龄女性生殖健康的潜在影响日益受到公众关注,其带来的健康风险及内在机制探索已成为全球环境科学领域的重要研究热点。MPs通常被定义为直径小于5mm的塑料颗粒,这些微小颗粒主要来源于工业产品、塑料制品的降解及个人护理产品中的
我国目前面临着严峻的生育率下滑挑战,而鉴于目前MPs暴露的广泛性和潜在的生殖危害,深入研究MPs对女性生育能力的影响显得尤为必要。尽管关于MPs暴露对健康的研究逐渐增多,但针对其对女性生育能力特别是内在机制的全面研究仍然不足。我们拟阐述MPs的暴露途径及其在体内的生物分布,梳理当前关于MPs及其成分对女性生殖系统潜在影响结果,探讨MPs作用的内在机制,为未来的研究方向提供建议,并为提高公众健康意识、制定相关政策提供理论依据。
一、MPs暴露途径
育龄女性在日常生活中受到MPs暴露的主要途径有饮食摄入、环境空气暴露、皮肤接触途径,同时还有生物积累和迁移风险等。
1.饮食摄入:饮食是个体MPs暴露的主要途径。海鲜、瓶装水及自来水中均可检测到MPs。海洋污染导致海洋生物摄入MPs,进而通过食物链传递至人类。在一项对鱼和贝类的研究中,发现多达83%的样品中存在MPs[3] 。瓶装水和自来水中也有报告检出MPs,尤其在过滤不充足的地区其含量更高[4] 。此外,盐、啤酒及
2.环境空气暴露:空气中的MPs亦是一个重要的暴露来源。城市空气污染严重区域,空气中MPs的浓度较高。MPs颗粒通过风传播,尤其是在工业活动频繁和车辆排放严重地区[7] 。室内环境也同样不可忽视,尤其是家庭和办公场所,通过吸尘器和清扫活动,MPs颗粒易悬浮于空气中,伴随呼吸进入人体,而空气中的纤维MPs主要来源于织物的磨损和家用纺织品的洗涤[8] 。因此,环境空气中MPs的暴露需要引起重视,并适时做好防护。
3.皮肤接触:皮肤接触也是一个潜在的暴露途径。许多个人护理产品中含有MPs成分,如磨砂膏、洗面奶和牙膏等,这些产品使用过程中的MPs颗粒可能透过皮肤进入体内[9] 。尽管表皮屏障功能强大,但长期、频繁的接触仍可能导致微量MPs进入体内。因此,长时间使用含有MPs成分的个人护理品亦存在一定风险。
4.生物积累和迁移风险:生物积累是指化学物质通过食物链和环境源源不断地积聚在生物体内的过程。MPs由于其不易降解的特性,可以在生物体内长期存在,并在食品链的各个层次积累,最终进入人类体内。对于女性生殖健康来说,MPs的生物积累尤其令人担忧。研究表明,MPs和其吸附的有毒化学物质如多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和重金属,可以通过食物链传递,进而在体内积累,影响生殖系统[6] 。
暴露于MPs的海洋生物体内MPs浓度与其摄入食物中的MPs浓度成正相关,这些海洋生物在被人类食用后,可能在体内某些特定组织中积累,包括生殖器官,长期影响女性的生殖能力[10]。此外,MPs携带的化学污染物,通过生物累积作用在生物体内浓缩,可能导致
迁移风险指MPs在体内不同器官和系统之间移动的潜力。MPs能够通过呼吸道、消化道等途径进入人体后,被身体吸收并在系统各处迁移,而MPs粒径的大小影响其通过胃肠道、肺泡和皮肤的吸收效率。<10μm的MPs可从胃肠道进入循环系统,并在肝脏、肾脏和大脑中积聚;<5μm的MPs可以在巨噬细胞、淋巴结、血液循环和脾脏中积聚;而<0.1μm的可以穿透细胞膜、胎盘屏障;MPs在女性生殖器官如卵巢、子宫内膜中的积累,可能干扰排卵和胚胎植入过程[11] 。
二、MPs对女性生殖系统的影响
1.对生殖激素调控的干扰:MPs作为一种广泛存在的环境污染物,其不仅具有物理特性,同时由于其极强的吸附作用,常包含如邻苯二甲酸酯(PAEs)、PAHs及双酚A(BPA)等内分泌干扰物质(EDC)。这些化合物会通过干扰体内激素的生成、转运、代谢、结合或清除过程,影响正常激素水平,导致生殖激素分泌的抑制和改变,而这类化学物质因其脂溶性容易进入体内组织,可在卵巢和其他内分泌器官中长期积累。
此外,MPs还能够通过外周组织积累,诱导雌激素受体(ER)和
2.对卵巢的影响:卵巢是女性体内重要的生殖器官,负责产生卵母细胞和分泌激素。MPs中的有害物质被证实可以通过血液循环进入卵巢,影响卵巢的正常功能。Wei等[15]的研究发现,MPs在小鼠卵巢组织中会诱导氧化应激和炎症反应,会干扰卵巢正常的激素分泌功能,进而影响排卵。Haddadi等[16] 针对大鼠的研究证实,MPs暴露导致卵巢细胞骨架蛋白表达异常,这种蛋白质的改变可能引发卵泡发育紊乱和卵巢组织结构的退化。此外,Hou等[17] 的研究揭示MPs通过激活NLRP3/Caspase-1信号通路,诱导卵巢颗粒细胞的焦亡和凋亡,从而进一步影响卵母细胞的发生,而长期低剂量暴露还可能导致卵巢储备能力的下降,加速生殖老化。由此可见,MPs暴露对卵巢的毒性作用覆盖多个层面,严重威胁女性生殖潜能。
3.对子宫的影响:MPs在子宫中的毒性也受到关注。MPs对雌性动物子宫可能造成的影响,包括子宫肌层和内膜组织的炎症反应以及纤维化的潜在风险,MPs持续暴露会破坏子宫的免疫平衡,削弱
子宫内膜作为胚胎着床的重要组织,其健康状况直接决定着生殖能力和妊娠结局。MPs颗粒可能会影响子宫内膜的微环境,影响蜕膜化过程,进而降低胚胎种植成功率,同时其可能使子宫内膜细胞的增殖及凋亡失衡,显著增加
4.对胎盘和子代的影响:胎盘是母体和胎儿之间的关键屏障,MPs可能会穿过胎盘屏障,对胎儿发育产生不良后果。Zhou等[18] 在斑马鱼模型中,发现MPs及内分泌干扰物暴露可通过损伤母体卵巢功能、引发内分泌紊乱和肠道菌群失衡,增加胚胎发育异常和后代健康风险。Li等[19]的研究则首次证实MPs在海洋青鳉鱼卵巢中的跨代毒性,显现出对子代的生长发育和生殖能力的潜在危害。Wei等[15] 的研究进一步指出,MPs在动物模型中的母体暴露会导致胎盘氧化应激水平升高,可能损害胎盘功能并影响胎儿的营养供给。MPs对胎盘和子代的作用机制复杂且危害严重。这些颗粒可能干扰胎盘的功能,如营养和气体交换,并可能导致
三、MPs暴露对女性生育力影响的机制
1.炎症反应:近年来,MPs对女性生殖健康的潜在威胁引起广泛关注。MPs颗粒具有较大的比表面积和化学活性,易于吸附环境污染物[19] ,并可能通过直接暴露或食物链进入人体[21] 。当MPs颗粒通过血液循环到达女性生殖系统时,可能触发局部炎性反应。动物研究表明,暴露于纳米级MPs的雌性小鼠会显著增加卵巢组织中的促炎性细胞因子表达,例如白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等,而这些炎症因子的升高与卵巢功能障碍高度相关,可能导致卵泡发育受损和黄体形成能力下降[22]。同时MPs的暴露还会强化核因子κB(NF-κB)等炎症信号通路,从而进一步加剧炎症反应[23] 。
其次,MPs暴露可能通过诱发慢性低度炎症,间接影响女性的生殖功能。慢性低度炎症的特点是持续的促炎因子释放,这种状态与多种女性生殖障碍密切相关,包括多囊卵巢综合征和子宫内膜异位症[22] 。MPs携带的BPA和PCBs等污染物会进一步加剧炎症反应,这些污染物可以显著增强免疫细胞的激活,刺激更多炎性分子的释放,MPs诱导的炎症反应通过直接和间接的机制对女性生殖健康造成多方面的影响,这一过程既涉及促炎因子的激活,也与慢性炎症及免疫系统紊乱密切相关[23]。
2.细胞毒性及氧化应激:除炎症反应外,MPs暴露引发的细胞毒性和氧化应激也被认为是其损害女性生殖健康的重要机制。细胞毒性方面,MPs颗粒可通过直接接触细胞膜导致其完整性破坏,进而引发细胞凋亡(apoptosis)或坏死(necrosis)[22-23] 。
在一项针对斑马鱼模型的PS-MPs暴露的研究中发现,卵巢颗粒细胞暴露于高浓度的MPs后,细胞活力显著下降,DNA断裂标志物增加[18]。这种损伤可能减少健康卵母细胞的生成能力,进而影响生育潜能。
氧化应激损伤是另一个MPs导致生殖毒性的关键途径。MPs可刺激机体产生活性氧(ROS),过量的ROS会破坏细胞内的蛋白质、脂质及DNA,从而引发细胞损伤。Marcelino等[24] 的研究表明,暴露于MPs的小鼠体内脂质过氧化水平显著提升,卵巢组织中抗氧化酶的活性下降。这种抗氧化能力的削弱,会导致DNA氧化损伤和线粒体凋亡通路的激活,从而进一步放大氧化应激带来的负面影响。
氧化应激和细胞毒性之间具有协同作用,会对女性生殖功能产生深远的影响。MPs暴露诱导的ROS不仅会直接破坏卵细胞,还会扰乱卵巢微环境,影响支持卵母细胞发育的颗粒细胞和卵泡液的稳定,这种微环境的破坏可能导致卵巢储备能力下降以及月经周期紊乱[25] 。
此外,MPs的生物累积效应会导致毒性逐渐加剧。当MPs在体内长时间堆积时,细胞毒性和氧化应激的影响可能呈现不可逆的趋势,最终诱发多种生殖障碍[26] 。特别是在长期暴露或多代暴露的情况下,其对子代和未来生殖能力的损害更为显著[22] 。
3.对基因表达的影响:MPs暴露对基因表达的影响在不同环境和生物体中表现出深远而复杂的分子干扰作用。多项研究揭示了其在调控关键生物过程中的干预机制:Chatterjee等[22] 在研究中指出,纳米塑料暴露会改变小鼠卵巢功能,显著下调与Gdf9、Bmp15等卵母细胞成熟相关的基因,从而抑制卵泡发育和排卵,这表明MPs可直接干扰生殖系统的基因表达;类似地,Zhou等[18] 进一步展示,斑马鱼暴露于PS-MPs会显著下调Esr1、Pgr等卵泡发育和激素代谢相关的基因,导致生殖毒性。
MPs不仅直接介入体内基因表达的调控,其吸附环境污染物的能力也可能增强其毒性。Li等[19]
研究表明,MPs通过吸附抗生素等污染物,形成一个持久性有机污染物的复合体,这种复合效应能够过量激活氧化应激反应,诱导如Nrf2和IL-6等炎症相关基因的过表达,这可能进一步导致细胞损伤和免疫系统紊乱。Liu等[26] 的研究验证了以上结果,同时指出MPs暴露会增强脂质的过氧化应激反应,而氧化应激的过度积累可能会影响Bax及Bcl-2等与细胞凋亡和疾病发生相关基因的表达。
最后,MPs对胚胎发育中基因表达的潜在作用也引起关注。Zurub等[23]通过研究孕期暴露的影响发现MPs可穿透胎盘,在子代中诱导发育相关基因的紊乱,可能对后代健康产生长远影响。
4.表观遗传学改变:表观遗传学调控的变化是MPs暴露影响的另一重要途径,其作用机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的表达变化。在MPs污染的吸附性质背景下,Liu等[26] 提出MPs通过携带并释放重金属和持久性有机污染物诱导表观遗传改变,这些污染物可能促进CpG位点甲基化水平的异常升高或降低,扰乱基因表达的精细调控。Zurub等[23] 则指出,纳米塑料暴露对小鼠卵巢的长期损伤可能与关键生殖基因区域的甲基化异常相关,这种异常与卵母细胞发育阻滞直接相关。
此外,Leslie等[25] 的研究首次报道了MPs颗粒在人类血液中的存在,并推测这种物质可能通过调控miR-146a和miR-21等炎症相关miRNA的表达水平。miRNA的失调可能进一步放大炎性因子的释放,引发更广泛的代谢紊乱。这一假设通过Marcelino等[24] 对氧化应激的研究得到支持,其认为,周围环境中因MPs暴露产生的应激信号可能诱导组蛋白修饰模式的改变,这可能会产生持续性遗传效应。Chen等[27] 及An等[28] 发现,PS-MPs暴露会改变调节凋亡和氧化应激相关通路关键miRNA的表达水平,提示MPs可能是影响细胞健康和疾病易感性的表观遗传调节因子。
值得注意的是,Zurub等[23] 的研究进一步证实MPs可跨越世代间传播其表观遗传效应,尤其是在胚胎发育过程中。Winiarska等[29] 进行MPs暴露诱导DNA甲基化变化的研究提示MPs会抑制DNA甲基化酶的活性,导致应激反应基因调控区域中的CpG岛发生过度或不足的甲基化。这些异常甲基化可能损害细胞修复机制,增加对氧化应激或炎症损害的易感性。此外,Saputra等[30] 在斑马鱼胚胎中观察到PS-MPs暴露所引起的表观遗传学变化初步证据,他们发现应激反应基因位点的甲基化模式改变,并伴随组蛋白修饰,可能导致染色质结构的重组,从而影响关键发育阶段中的基因表达。Yang等[31]同样注意到MPs暴露导致的肺上皮细胞中转录调控网络的改变,这可能与组蛋白乙酰化和染色质可及性变化有关,其不仅包括DNA甲基化和组蛋白修饰的异常,还可能通过非编码RNA的表达失调影响后代的发育与疾病易感性。
MPs在分子水平的干预机制十分复杂且多样化,其通过直接调控基因表达及诱导表观遗传改变,可能导致生物体多项生理功能的破坏,尤其是在生殖系统、免疫系统及代谢网络的调控领域,这为未来关于环境污染物的影响及其机制研究提供了重要指引。
四、未来研究的方向
尽管已有不少关于MPs对女性生殖健康影响的研究,但仍存在显著的研究局限,针对环境污染与生殖健康的交叉领域,未来研究应重点关注以下几个方面以填补现有空白,以进一步明确MPs对女性生殖健康的影响。
1.扩大人体研究的规模:目前大部分研究集中在细胞和动物模型上,而针对人类的研究相对较少。现有的人体研究样本量普遍偏小,暴露评估方法也较为粗糙,难以全面反映实际情景。因此需要开展大规模、长期跟踪的人体流行病学研究,以准确评估MPs暴露与女性生殖健康之间的关系。这些研究应包含多中心、多种族的女性样本,以确保结果的普适性。
2.改进暴露评估方法:许多研究由于样本量有限,所得结果的统计学效力较低。同时,长期跟踪研究的缺乏也使得我们难以解释MPs暴露的长期健康影响。因此未来要争取采用更加敏感和精确的技术,如高效液相色谱(HPLC)等方法,准确测定人体内MPs的含量和代谢产物;同时,开发新的生物标志物,以便更好地反映长期暴露情况。
3.深入机制研究:目前机制探索研究多集中于短期实验,而忽略慢性暴露对生殖健康的潜在影响,对其具体分子路径和长期效应的了解仍不充分。未来可通过高通量基因组学、蛋白质组学和代谢组学等技术,揭示其分子机制和长期健康效应,同时重点关注MPs暴露引起的表观遗传改变及其跨代影响[32] 。
4.跨学科合作:鼓励环境科学、医学、毒理学和公共卫生等领域的跨学科合作,通过共同研究、资源共享和数据整合,全面系统地探讨MPs对女性生殖健康的影响。
5.政策倡导与公众教育:借助研究结果,推动相关政策的制定和实施,如限制塑料制品的使用和废弃物处理的规范化。同时,加强公众教育,提高人们对MPs危害的认识和防护意识。
而针对育龄女性,为减少生活中MPs的暴露风险,保护女性生育力,行之有效的建议有:(1)选择天然和有机饮食,尽量减少摄入经过度加工和包装的食品,这有助于减少通过食物摄入的MPs[3] ;(2)关注饮用水质量:饮用经过过滤的水,避免使用塑料瓶装水。市场上有多种高效的水过滤装置可供选择,应选择能够有效过滤MPs的产品[4] ;(3)减少塑料制品使用:在日常生活中减少使用塑料制品,改用玻璃、不锈钢或陶瓷容器,尤其是避免食物和饮料的塑料储存器具。塑料容器在加热时容易释放MPs和有害化学物质[6] ;(4)改善室内空气质量:定期清洁居住环境,减少室内灰尘和纤维的积聚,使用高效的空气净化器,减少MPs颗粒通过呼吸道的暴露[8] ; (5)提高环保意识:积极参与环保活动,支持减少塑料污染的政策和倡议,从源头上减少环境中的塑料废弃物。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突。作者贡献 王笑臣负责文献整理、论文撰写和获取基金支持;陈娇负责研究设计、审校及修改。
参考文献略。
来源:王笑臣,陈娇.环境微塑料暴露对女性生殖健康影响的研究进展[J].生殖医学杂志,2025,34(10):1422-1427.
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