《Frontiers in Toxicology》：Micro/nanoplastics pollution: emerging challenges for aquatic animals and food crops
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这篇综述系统总结了微/纳塑料（MNPs）作为一种新兴污染物，对水生动物（特别是鱼类）和主要粮食作物（以水稻为重点）产生的多方面负面影响。文章详细阐述了MNPs对鱼类生长、氧化应激、生殖、内分泌和免疫系统的损害机制，以及其对水稻从种子萌发到产量形成等各个生长阶段的干扰，并指出MNPs污染通过食物链传递对人类食品安全和公共健康构成潜在威胁，为相关领域的政策制定和后续研究提供了关键的科学依据。
在当今世界，塑料制品已成为现代生活不可或缺的一部分，但其不恰当的处置、破碎和降解导致了环境中微/纳塑料（MNPs）的日益普遍。这些微小颗粒，包括尺寸小于5毫米的微塑料（MPs）和进一步降解形成的纳米塑料（NPs），因其持久性和独特的理化性质，对生态系统构成了比大型塑料碎片更大的环境风险。MNPs无处不在，已影响到包括动物、植物、鱼类、人类和微生物在内的广泛生物，甚至在食品、母乳和蔬菜中均有检出。本综述聚焦于MNPs污染对水生动物（特别是鱼类）和全球重要粮食作物——水稻带来的新兴挑战。
微/纳塑料的类型与来源
MNPs根据其来源可分为两类。初级微塑料是人为制造用于化妆品、医药等工业产品的小颗粒，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）。次级微塑料则是由较大的塑料废弃物通过物理、化学和生物过程破碎而成。此外，MNPs还包含多种添加剂，如稳定剂、增塑剂和阻燃剂，这些物质可能浸出到环境中，增加其生态和健康风险。
MNPs对水生环境及鱼类的影响
MNPs广泛分布于水生环境，鱼类可通过直接摄食、误食或通过摄食已摄入MNPs的猎物等途径暴露。一旦摄入，MNPs可在胃肠道（GIT）中滞留数天甚至一周，可能转移至其他组织或沿食物链传递。
对鱼类生长性能的影响
MNPs的积累会阻塞消化酶通路，损害消化功能，降低食欲，从而导致生长迟缓。多项研究表明，膳食中添加聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）会显著抑制多种鱼类（如Labeo rohita, Catla catla, Oreochromis niloticus）的终末体重、增重百分比和特定生长率（SGR），并提高饲料转化率（FCR）。MNPs引发的氧化应激通过激活c-Jun N-末端激酶（JNK）和p38 MAPK通路，抑制胰岛素样生长因子-1（IGF-1）信号及其下游的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路，导致蛋白质合成减少和生长抑制。
对鱼类氧化应激的影响
暴露于MNPs会触发活性氧（ROS）的生成，打破氧化还原平衡。鱼类的抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和谷胱甘肽-S-转移酶（GST），其活性会发生变化以应对氧化挑战。然而，过量的ROS会超过生理耐受极限，导致抗氧化酶活性降低，并引发脂质过氧化产物如丙二醛（MDA）的积累，造成细胞损伤、DNA损伤、蛋白质变性和细胞凋亡。谷胱甘肽（GSH）及其相关酶是防御MNP诱导氧化应激的核心。
对鱼类繁殖的影响
MNPs可在鱼类性腺中积累，干扰其生殖生理。暴露于MNPs，特别是聚苯乙烯（PS）颗粒，会损害配子发生，降低配子质量、受精率、产卵量和精子活力。研究表明，PS-MPs暴露会导致斑马鱼性腺损伤，破坏卵子发生和精子发生，并减少产卵量和繁殖力。在青鳉鱼中，MNPs暴露会延迟性腺成熟，降低雌鱼繁殖力，并减少血浆雌二醇和睾酮水平。性腺指数（GSI）是衡量鱼类生殖健康常用指标，在MNPs暴露下会发生显著变化。
对鱼类内分泌系统的影响
MNPs暴露会干扰鱼类内分泌系统，特别是下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴。这会改变与HPG轴相关基因的转录，如脑中的雌激素受体（ER-α, ER-β）、促性腺激素-α（GTHα）、促性腺激素释放激素（mGnRH），以及垂体中的促卵泡激素β（FSHβ）、促黄体生成素β（LHβ）和促性腺激素释放激素受体（GnRHR）。此外，MNPs还会影响性类固醇激素（如睾酮T和雌二醇E2）的合成与代谢相关基因（如StAR, CYP19a等）。雄性鱼类中，MNPs暴露会上调HPG相关转录调节因子并提高循环性激素水平，而雌性鱼类则表现为下调，显示出明显的性别依赖性效应。卵黄蛋白原（VTG）和壳蛋白（CHG）的产生也受到破坏，影响卵子质量。
对鱼类免疫力的影响
MNPs可通过物理阻塞和化学毒性两种途径损害鱼类免疫功能。它们能渗入包括淋巴器官在内的各种组织，通过内吞和细胞旁渗透进入细胞和细胞间隙，破坏细胞完整性并激活免疫反应。在肠道中，MNPs积累会破坏肠道微生物群以及分泌细胞、肠道细胞和免疫细胞，这些细胞对营养吸收、内分泌调节、免疫反应和屏障功能至关重要。MNPs暴露会损伤肠道系统，导致免疫相关基因（如IL-10, IL-1β）失调。在肾脏中，MNPs会改变免疫细胞（如巨噬细胞、白细胞、中性粒细胞）的功能。纳米塑料（NPs）可激活中性粒细胞反应，包括脱颗粒、吞噬作用和中性粒细胞胞外陷阱形成。暴露于MNPs还会破坏肠道屏障，改变粘膜先天免疫标记物，并增加对病原体（如爱德华氏菌）感染的易感性。MNPs诱导的ROS产生可激活核因子κB（NF-κB），导致促炎细胞因子增加和细胞凋亡。
MNPs对水稻的影响
除了水生系统，MNPs污染也成为农业生态系统，特别是全球主要粮食作物——水稻的一个重要问题。水稻田土壤中已检测到相当浓度的MNPs污染。水稻植株可以很容易地从土壤中吸收微塑料和纳米塑料，并将其转运到地上部组织，包括籽粒，这引发了食品安全担忧。
研究表明，水稻比小麦更容易吸收MNPs。MNPs对水稻不同生长阶段产生不利影响，包括种子萌发、营养生长、根和茎的发育、分蘖和谷物产量。MNPs暴露会影响水稻的养分吸收、生理生化属性、氧化应激反应、基因表达、氮代谢和结构完整性。其吸收效率很大程度上受颗粒理化性质（如尺寸、形状、表面电荷和聚合物类型）的控制。
总结与展望
微/纳塑料（MNPs）作为一种新兴的全球性污染物，对水生动物和主要粮食作物构成了严峻挑战。本综述综合了当前关于MNPs对鱼类生长性能、氧化应激、繁殖、内分泌、免疫等多方面毒性效应，以及对水稻全生育期负面影响的证据。鱼类和水稻同为人类重要的食物来源，凸显了MNPs污染对食品安全和公共健康的重大威胁。MNPs不仅直接损害生物健康，还能作为载体吸附并传输其他有害污染物（如重金属、内分泌干扰物），产生复合毒性效应。目前的研究揭示了MNPs在生物体内迁移、积累和产生毒性的多种途径，但仍存在许多知识空白，例如长期低剂量暴露的效应、不同MNPs性质的毒性差异、在复杂环境介质中的归趋以及可行的污染控制策略等。未来需要更全面的研究来深入理解MNPs的生态和健康风险，从而为政策制定者、政府机构、污染控制部门和其他利益相关者制定有效的管理和决策提供科学依据，以应对这一紧迫的环境问题。
