综述：微塑料作为新兴的一体健康威胁：跨越水生生物（以鱼类为重点）的分子和生态毒理学综述

《Microplastics》：Microplastics as Emerging One Health Threats: A Molecular and Ecotoxicological Review Across Aquatic Life with Emphasis on Fish

　　

微塑料（MPs）是海洋和淡水生态系统中日益检测到的环境污染物，根据地点和方法的不同，报道的浓度范围为每立方米几个到数千个颗粒。尽管越来越多的证据表明其对水生生物存在潜在风险，但其生态和生物学影响的程度仍在积极调查中。它们的尺寸、持久性以及运输化学添加剂和共污染物的能力使其通过摄入和呼吸进入生物系统。摄入后，MPs会引起氧化应激、炎症和代谢紊乱，导致主要身体器官（包括肝脏、鳃、肠道和脑）的重要组织破坏。它们还会改变基因表达，引起内分泌和免疫通路紊乱，诱导细胞凋亡，并导致肠道微生物群失调，所有这些都会恶化生物体的健康和生存。MPs还作为重金属、抗生素、农药和病原体的载体，由于特洛伊木马效应（Trojan horse effect）增强毒性，并使其能够在食物网中生物积累。由于它们广泛存在于水、土壤、空气和食物中，MP污染对人类、动物和生态系统健康产生直接影响。本综述综合了关于MPs来源、暴露方式、毒性机制和新的生态影响的当前知识。它还提出了缓解措施，并强调一体健康范式（One Health paradigm）是在国际层面采取协调行动以最小化MP污染并保护环境和人类健康的关键。

3. Sources and Exposure Routes of MPs in Aquatic Species
微塑料（MPs）对水生生物的危害取决于其来源和暴露途径。水生生物通过摄入和呼吸主要暴露于MPs。来源分为环境来源和实验室生成两类。环境中的MPs是复杂混合物，例如在拉各斯泻湖中鱼肝脏主要发现黑色和蓝色的聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）纤维，在黄河鱼类中检出聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，40%）、聚丙烯（PP，31%）和PE（22%），其中纤维占主导。这些环境MPs通常经风化和生物活动修饰，表面粗糙、氧化，并形成生态冠（eco-corona），影响毒性。实验室生成的MPs主要为聚苯乙烯（PS）微球（0.1–5 μm），可荧光标记追踪，也使用PE、PP和聚酰胺（尼龙）等。近年来使用UV老化MPs更贴近环境实际，欧洲鲈鱼实验显示老化PE比未老化者引起更严重的氧化应激、DNA损伤和细胞凋亡。生物可降解塑料（如聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA））在自然环境中不完全降解，仍会形成微塑料并引起氧化应激、炎症和生殖问题。MPs的物理性质影响摄取和毒性：纤维状颗粒易滞留于胃肠道和鳃表面，引起机械损伤和炎症；球形和不规则碎片易通过内吞和吞噬作用进入细胞，导致更高的细胞内积累和活性氧（ROS）产生；表面带正电荷的MPs因静电吸引与带负电的细胞膜结合更强，增加粘附、摄取和氧化应激。暴露途径包括水传播和饮食传播。水传播中，鳃是首要积累部位，例如在麦穗鱼（Pseudorasbora parva）中鳃是MPs主要沉积区，大西洋鲑鳃细胞系中小PS颗粒（0.2–1 μm）通过内吞进入溶酶体；斑马鱼慢性暴露于PP MPs引起肠道壁变薄、杯状细胞减少和屏障功能减弱。饮食暴露通过污染饲料发生，如虹鳟鱼暴露于PE MPs（约50 μm）于饲料中引起鳃、肝、肾的氧化应激和炎症；营养传递（trophic transfer）实验证实草履虫（Paramecium caudatum）将携带镉（Cd）的PS荧光微球传递给斑马鱼幼虫，引起比单独暴露更大的氧化应激、代谢紊乱、DNA损伤和炎症。野外研究在沙丁鱼等野生鱼类中检出纤维和碎片（主要为PE和PP），但生物放大证据不一致。

4. Physiological and Histopathological Effects of MPs
MPs破坏水生生物的生理完整性和细胞稳态。4.1 氧化应激与抗氧化反应：MPs显著升高ROS（斑马鱼幼虫中升高5.5–8倍），引起脂质过氧化（丙二醛（MDA）增加）。抗氧化系统呈现双相反应：初期限上调超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）（如尼罗罗非鱼），长期暴露下酶活性下降并消耗谷胱甘肽（GSH）（如虹鳟鱼）。共暴露可调节此动态，例如MPs可吸附铜（Cu）降低其生物利用度，但在海马中与哈维弧菌（Vibrio harveyi）共暴露则加剧氧化应激。4.2 组织病理学损伤：肝脏出现空泡化、充血和炎性细胞浸润（斑马鱼、虹鳟鱼）；肠道壁变薄、杯状细胞减少、纤毛破坏、黏膜受损（斑马鱼接触PP MPs），共暴露于聚酰胺（PA）MPs和农药导致尼罗罗非鱼严重上皮变性和绒毛损伤；鳃出现层状变形和细胞变性（多种物种）；脑出现神经发育和结构损伤（神经元丢失、细胞变性）。但部分研究（如尼罗罗非鱼幼鱼饲料混合塑料）未发现明显肠道病变，提示效应依赖于物种、年龄、MP类型和浓度。4.3 生物积累模式：MPs主要通过摄入进入，肠道积累最高，随后是鳃和肝脏。小颗粒（<20 μm）可跨越生物屏障进入肝、脑、肌肉甚至性腺，例如欧洲鲈鱼中PE MPs进入肝脏，小颗粒（<1.2 μm）到达商业鱼Serranus scriba的肌肉。MPs作为“特洛伊木马”携带污染物，如与甲基汞和土霉素共暴露增加斑马鱼和鲫鱼的积累，或与铜结合降低铜在麦穗鱼组织中的含量。UV老化MPs因表面粗糙氧化更易在组织中积累并引起更强的氧化和基因毒性。

5. Molecular Mechanisms of Microplastic Toxicity
5.1 细胞凋亡与细胞衰老：MPs通过线粒体介导的途径（增加Bax/Bcl-2比值，激活caspase）如斑马鱼和欧洲鲈鱼，以及p53信号通路（如地中海贻贝和雌性斑马鱼）诱导凋亡。在亚洲海鲈中，PE MPs上调TRAIL和细胞色素c基因；在黑鲪（Sebastes schlegelii）中纤维PET MPs引起大量血细胞凋亡。MPs还通过抑制细胞周期调节因子（cyclin B1、CDK1）诱导细胞衰老（如虹鳟鱼），并扰乱p53通路相关RNA甲基化（m⁶A）。共暴露于氟西汀、铜和17α-甲基睾酮进一步加剧凋亡。5.2 基因表达与表观遗传修饰：MPs改变抗氧化基因（nrf2、nqo1、gclc上调/下调）、热休克蛋白（HSP70）、细胞色素P450（CYP1b1、CYP2）以及免疫基因（MHC-II、IFN-β2下调；IL-1β、TNF-α上调）。表观遗传层面，MPs引起RNA甲基化（m⁶A）广泛变化（如c-myc），抑制DNA修复基因（chek2、pold3），并改变生殖轴基因（fshβ、lhβ、cyp19a）和脑源性神经营养因子（BDNF、miR132）。5.3 肠道微生物群失调：MPs导致有益菌（如Fusobacteriota、Cetobacterium）减少，有害菌（Proteobacteria、Pseudomonas、Acinetobacter）增加，降低短链脂肪酸（SCFAs）如乙酸、丙酸、丁酸的产生（如鲫鱼共暴露于MPs和抗生素），并激活NF-κB和MAPK通路引起肠道炎症。5.4 代谢组学与生化改变：MPs干扰能量代谢（cAMP信号、糖酵解、三羧酸（TCA）循环），使葡萄糖和甘油三酯降低、乳酸和游离脂肪酸升高（欧洲鲈鱼）；干扰神经递质（乙酰胆碱、多巴胺、5-羟色胺减少，GABA升高）（鲫鱼、乌鳢）；破坏内分泌系统，降低雌二醇/睾酮（E2/T）比值（雌性斑马鱼，Cyp19a和vtg下调）；并升高肝脏酶（ALT、AST、LDH）和改变血液参数。5.5 对人类健康的相关性：人类通过食用受污染海产品摄入MPs，估计年摄入39,000–52,000个颗粒；MPs已在人类血液和粪便中检出，可能诱导氧化应激、炎症和细胞毒性，并通过“特洛伊木马”效应携带有毒化学物质。

6. Mitigation Strategies for Microplastic Pollution
缓解策略包括源头减量（推广生物可降解和更安全的材料）、提升废水处理效率（膜生物反应器（MBRs）可去除90–99%的MPs）、改进废物管理（垃圾捕获系统、沉淀池）、政府法规（一次性塑料禁令、微珠禁令、生产者责任延伸（EPR））、利用自然系统（湿地、红树林过滤、微生物如芽孢杆菌（Bacillus）、假单胞菌（Pseudomonas）降解）、公众教育和标准化监测方法。

7. One Health Approach
一体健康（One Health）框架强调人类、动物和环境健康的相互联系。由于MPs可在水、土壤、空气和食物中迁移，同时威胁野生动物、家畜和人类，需要环境科学家、健康专家、兽医、政策制定者和社区之间的跨部门合作，以理解暴露途径、风险评估并制定有效缓解策略。

8. Global Case Studies on One Health Approach
案例包括卢旺达的塑料袋禁令、荷兰塑料公约（循环经济策略）、可降解和水溶性塑料技术创新、沿海海洋观测站监测MPs及相关物种迁移。这些行动与可持续发展目标（SDGs）3、6、12、13、14和15相吻合。

9. Proposed One Health Framework
基于鱼类作为指示物种的毒理学证据，提出一个一体化框架：各国政府合作制定立法减少MP污染，重点放在源头减量、改善废物管理和开发安全替代材料；通过公众意识提升、激励工业可持续实践和投资创新材料；研究人员专注于环境相关暴露情景，公民社会加强监督和问责。

10. Discussion on One Health Policy
有效实施一体健康政策需要跨学科培训（医学、农业、环境教育），全球塑料条约纳入一体健康原则，收集空气、水、土壤、食物中的MP数据并建立开放数据库，考虑重金属和工业废物共污染，以及加强食品安全监测和风险评估。

11. Emerging Directions in One Health Microplastic Research
新兴方向包括：纳米和微塑料通过吸入进入肺部并可能转移至次级器官（如脑）引起神经发育影响；MPs对生物多样性的长期影响（繁殖、授粉、食物生产）；MPs干扰气候相关过程（影响浮游植物碳循环、反射阳光、燃烧释放温室气体）；室内空气MPs污染及健康风险；社交媒体作为公众意识平台；MPs作为有害细菌和抗生素抗性基因（ARGs）的载体。

12. Conclusions
MPs是持久性生物活性污染物，引起多水平毒性（物理阻塞、细胞损伤、生理紊乱），影响生长、繁殖和生存，可能改变食物网动态和生态系统稳定性。但人类健康证据有限，且存在慢性低剂量暴露、纳米塑料行为、跨代影响和长期生态系统影响的知识缺口。一体健康方法整合生态系统完整性、食品安全和人类健康，迫切需要通过全球政策、标准化监测、源头减量和可持续材料创新来应对。

13. Future Research Directions
未来研究应关注真实环境条件下长期影响，使用自然老化MPs揭示风化和表面变化对毒性的影响；通过转录组学（transcriptomics）、蛋白质组学（proteomics）和代谢组学（metabolomics）联合探索分子机制；研究MPs与重金属、农药、药物的相互作用；开发标准化检测方法；发展可生物降解材料、改善废物管理和有效政策实施。