本文摘要：摘要：環(huán)境中的納米塑料污染已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。納米塑料的粒徑極小，容易被魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)、貝類(lèi)、蚤類(lèi)、甲殼類(lèi)、棘皮類(lèi)、環(huán)節(jié) 節(jié)肢動(dòng)物、農(nóng)作物等生物攝取并沿食物鏈進(jìn)行傳遞，誘發(fā)基因毒性、氧化應(yīng)激、炎癥、代謝紊亂、有絲分裂異常、線(xiàn)粒體損傷和細(xì)胞凋亡等，進(jìn)而影
摘要：環(huán)境中的納米塑料污染已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。納米塑料的粒徑極小，容易被魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)、貝類(lèi)、蚤類(lèi)、甲殼類(lèi)、棘皮類(lèi)、環(huán)節(jié) 節(jié)肢動(dòng)物、農(nóng)作物等生物攝取并沿食物鏈進(jìn)行傳遞，誘發(fā)基因毒性、氧化應(yīng)激、炎癥、代謝紊亂、有絲分裂異常、線(xiàn)粒體損傷和細(xì)胞凋亡等，進(jìn)而影響生物的光合作用效率、生長(zhǎng)和繁殖、壽命及存活能力;納米塑料與細(xì)菌接觸后會(huì)破壞菌體細(xì)胞膜的完整性，增加活性氧的產(chǎn)生，抑制酶的活性。由于納米塑料具有較大的比表面積和強(qiáng)疏水性，易與環(huán)境中的其他污染物發(fā)生相互作用，將重構(gòu)污染物的生物有效性，從而改變 增加或削減 其對(duì)生物的毒性效應(yīng)。納米塑料能夠誘發(fā)人類(lèi)源細(xì)胞系的氧化應(yīng)激、炎癥、代謝紊亂和細(xì)胞毒性等，但目前還未見(jiàn)關(guān)于納米塑料對(duì)人體的直接毒性效應(yīng)的報(bào)道。
關(guān)鍵詞：納米塑料;毒性效應(yīng);作用機(jī)制
塑料及其制品的生產(chǎn)和使用給人類(lèi)帶來(lái)了極大的便利，但大量的廢棄塑料難以回收利用而進(jìn)入到大氣、水體和土壤環(huán)境中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)和生物降解作用會(huì)形成微小的塑料顆粒，當(dāng)其粒徑 5 mm 時(shí)稱(chēng)為微塑料[1]。近期的研究發(fā)現(xiàn)，微塑料可以進(jìn)一步破裂為粒徑為納米級(jí)別的塑料[2];納米塑料還被應(yīng)用于日化產(chǎn)品、藥物輸送、電子設(shè)備和醫(yī)學(xué)診斷中，使其直接進(jìn)入到環(huán)境中[3]。由于納米塑料的尺寸極小，很容易被生物吞食或攝入。
納米塑料具有較大的比表面積導(dǎo)致其可以吸附其他污染物，呈現(xiàn)出對(duì)生物的復(fù)合效應(yīng)，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)、富集等過(guò)程進(jìn)行食物鏈傳遞，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅[4−6]。目前，關(guān)于納米塑料對(duì)環(huán)境中生物的毒性效應(yīng)研究已逐步開(kāi)展起來(lái)，研究者利用環(huán)境生物學(xué)技術(shù)并將轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與基因編輯技術(shù)等結(jié)合起來(lái)，從細(xì)胞和分子層面上探討納米塑料對(duì)水生生物、陸生植物、無(wú)脊椎動(dòng)物和微生物的毒性效應(yīng)，但目前的相關(guān)研究報(bào)道只側(cè)重在某一方面，并未進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和總結(jié)。
因此，本文在歸納生物體對(duì)納米塑料的攝取、富集和轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，論述了納米塑料本身及其吸附的其他污染物對(duì)環(huán)境中生物的毒性效應(yīng) 氧化應(yīng)激、炎癥、代謝紊亂和基因毒性等 及機(jī)制，并評(píng)估了納米塑料對(duì)人類(lèi)健康的潛在威脅，對(duì)未來(lái)需加強(qiáng)的研究方向進(jìn)行了展望，為后期評(píng)估納米塑料的生態(tài)毒性效應(yīng)提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。生物體對(duì)納米塑料的攝取、富集和轉(zhuǎn)運(yùn)(Uptake enrichment and transport ofnanoplastics by organisms)納米塑料的粒徑非常小，容易被環(huán)境中的生物吞食和攝取而在體內(nèi)富集，甚至還可以穿過(guò)腸道屏障進(jìn)入到體液循環(huán)系統(tǒng)，在器官中積累或隨糞便排出 。
相關(guān)研究表明，水生生物可以吸附或攝取納米塑料的粒徑范圍為 30~1 000 nm 。Jeong 等 研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為 50 nm 的聚苯乙烯可以穿過(guò)水蚤消化器官的細(xì)胞膜，并很快分散到全身;然而粒徑為 500 nm~6 μm 的聚苯乙烯大部分被限制在消化器官內(nèi)。不同粒徑的納米塑料在斑馬魚(yú)體內(nèi)的積累也有差別，Lee 等 10 通過(guò)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，50 nm 的聚苯乙烯作用下，絨毛膜表面粗糙，且孔道明顯打開(kāi)，這說(shuō)明納米塑料進(jìn)入到斑馬魚(yú)體內(nèi)并在組織和細(xì)胞中富集，例如神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉纖維和富含脂肪的區(qū)域等;200 nm 和 500 nm 的聚苯乙烯主要在絨毛膜的表面聚集，并堵塞孔道。納米塑料 100 nm 能夠被蠶豆根尖吸收，并在細(xì)胞間隙中積累，可能會(huì)阻礙細(xì)胞壁孔對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸[1 。納米塑料會(huì)先聚集在黃瓜的根部系統(tǒng)，然后通過(guò)莖傳輸進(jìn)入到葉子、花和果實(shí)中[1 。
隨著暴露濃度和時(shí)間的增加，納米聚苯乙烯可以在粗梗水蕨孢子表面大量地吸附和積累，并抑制孢子的萌發(fā)和配子體的發(fā)育[1 。納米塑料還可以吸附和聚集在小麥[1 、洋蔥[1 的組織中。此外，納米塑料能夠沿著食物鏈轉(zhuǎn)移到更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物，不斷累積和富集。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，浮游動(dòng)物可以將納米塑料攜帶至魚(yú)類(lèi)體內(nèi)，Skjolding 等[1 用暴露于納米塑料中的鹵蟲(chóng)喂食斑馬魚(yú)，在斑馬魚(yú)的胃腸道、頭部和鰓部均發(fā)現(xiàn)了納米塑料的積累。納米塑料還可由浮游植物萊茵衣藻 生產(chǎn)者 傳遞給浮游動(dòng)物大型蚤 初級(jí)消費(fèi)者 ，再到小型魚(yú)中國(guó)青鳉 次級(jí)消費(fèi)者 ，最后進(jìn)入到談氏鱖魚(yú)第三級(jí)消費(fèi)者 的體內(nèi)[1 。目前還缺乏關(guān)于納米塑料在陸地食物鏈中轉(zhuǎn)移的報(bào)道，雖然科學(xué)家已在人類(lèi)的糞便中檢測(cè)到塑料顆粒的存在，但是納米塑料在人類(lèi)食物鏈中傳遞的研究還是空白。
2 納米塑料對(duì)生物的毒性效應(yīng)及作用機(jī)制(Toxic effects and mechanism ofnanoplastics on organisms)
納米塑料被環(huán)境中的生物吸附或吞食后，會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生一定的毒害作用[1 ，主要包括在生長(zhǎng)和繁殖能力、死亡率、攝食率、細(xì)胞 氧化應(yīng)激、炎癥、線(xiàn)粒體和溶酶體功能障礙等 及分子水平 基因、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物表達(dá) 等方面的效應(yīng)等[19−29 圖 。由于具有巨大的比表面積和強(qiáng)疏水性，納米塑料吸附環(huán)境中的其他污染物后，將改變污染物的生物可利用性，并使其毒性增加或削減 30−32 。目前該方面的研究主要集中在淡水 海洋生物和植物等，陸地生態(tài)系統(tǒng)中納米塑料污染的研究也逐漸開(kāi)展起來(lái)，但納米塑料對(duì)動(dòng)物及微生物的作用研究還較少。
2.1 水生生物Peiponen 等 33 的研究提供了大量的證據(jù)說(shuō)明納米塑料存在于水環(huán)境中。關(guān)于納米塑料對(duì)水生生物的影響及機(jī)制的研究已引起廣泛關(guān)注。納米聚苯乙烯吸附在藻類(lèi)表面通過(guò)阻礙光照強(qiáng)度、降低空氣流動(dòng)和葉綠素濃度來(lái)抑制光合作用，導(dǎo)致藻類(lèi)發(fā)育障礙 19 。Ribeiro 等[2 研究發(fā)現(xiàn)，納米塑料可以進(jìn)入到黑鯽的腦中，引起腦組織損傷和行為失常。納米級(jí)聚苯乙烯和聚碳酸酯可以破壞肥頭鰷魚(yú)的抗氧化系統(tǒng)，引起氧化應(yīng)激，并影響先天免疫系統(tǒng)[2 ;低濃度的納米塑料能引起魚(yú)腦中細(xì)胞活性顯著降低，增加其氧化還原壓力[2 。
納米聚苯乙烯可以在河蜆的外套膜、腮和內(nèi)臟中蓄積，誘發(fā)肝臟損傷、神經(jīng)毒性和腸道炎癥等[2 。將牡蠣暴露于塑料顆粒中 50 nm ，其受精成功率明顯降低，部分幼蟲(chóng)的發(fā)育完全停止 34 。將 20 nm 的聚苯乙烯注射到斑馬魚(yú)胚胎后可以到達(dá)胚胎大腦，引起 DNA氧化損傷 35 ;長(zhǎng)時(shí)間暴露于納米聚苯乙烯的大型蚤的壽命明顯縮短 36 。Liu 等[24 37]研究了添加和不添加納米塑料的情況下淡水枝角水蚤蛋白質(zhì)的表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)納米塑料的加入使卵黃原蛋白和谷胱甘肽的表達(dá)發(fā)生上調(diào)，并引起氧化應(yīng)激、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和脂肪酸代謝、角質(zhì)層和幾丁質(zhì)代謝途徑的變化，從而抑制了淡水枝角水蚤的繁殖和生長(zhǎng);添加納米塑料后增強(qiáng)了淡水枝角水蚤的糖代謝途徑，促進(jìn)了能量的產(chǎn)生，這可能是新生的水蚤抵抗納米塑料毒性的方式之一。
經(jīng)納米聚苯乙烯脅迫 24 h 后，三角褐指藻的光合作用系統(tǒng)受到損傷，并導(dǎo)致線(xiàn)粒體膜去極化和基因毒性 25 ，但 Bergami 等 26 研究發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯對(duì)杜氏藻的光合作用效率沒(méi)有影響。納米塑料的生態(tài)毒性效應(yīng)與其添加濃度 時(shí)間、粒徑大小和表面電荷等有關(guān)[3 。 添加濃度與脅迫時(shí)間。隨著納米塑料濃度的增加，斜生柵藻中葉綠素 含量的降低速率加快[3 。低濃度的納米聚苯乙烯 5 ·L− 增強(qiáng)了幼年日本沼蝦的存活能力，高濃度時(shí) 10、20 和 40 ·L− 產(chǎn)生了抑制或毒性作用，這主要是通過(guò)調(diào)控與抗氧化作用和免疫防御相關(guān)的基因表達(dá)來(lái)完成 27 。
隨著添加濃度和暴露時(shí)間的增加，納米塑料會(huì)對(duì)日本沼蝦的葡萄糖代謝途徑產(chǎn)生不利影響，因此抑制了糖酵解途徑，與脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生下調(diào)，降低了相關(guān)酶的活性 例如：己糖激酶、脂肪酶和乙酰輔酶 羧化酶等 ，導(dǎo)致日本沼蝦幼體消化、轉(zhuǎn)運(yùn)和合成脂類(lèi)的能力減弱，因此使其體內(nèi)的脂肪含量降低 28 。粒徑。Singh 等 40 研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為 55 nm 的聚苯乙烯對(duì)斑馬魚(yú)的基因毒性要大于 100 nm 的，可能是因?yàn)榱捷^大的納米塑料被禁錮在消化道，粒徑較小的可以透過(guò)器官而引起更高的毒性。輪蟲(chóng)在納米聚苯乙烯的脅迫下呈現(xiàn)出粒徑依賴(lài)方式的毒性作用，例如，MAPK 信號(hào)通路和抗氧化酶被顯著激活，生長(zhǎng)速度和繁殖力降低，壽命縮短等 41 。
表面電荷。陽(yáng)離子 —NH 基團(tuán)修飾的納米塑料的毒性作用要大于陰離子 —COOH)的，兩者對(duì)海膽胚胎和綠藻均導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)育缺陷、生長(zhǎng)抑制和致死效應(yīng) 26 29 。陽(yáng)離子修飾的納米塑料對(duì)地中海貽貝具有顯著的胚胎毒性，導(dǎo)致參與到早期殼形成的基因表達(dá)異常 42 。帶正電荷 —NH 的聚苯乙烯對(duì)大型蚤的毒性較大，可能是因?yàn)榕c大型蚤帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用 。氨基改性的納米聚苯乙烯 PS NH 抑制了微囊藻的光合效率，降低了有機(jī)物質(zhì)合成，增強(qiáng)了氧化應(yīng)激，通過(guò)提高轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)上調(diào)和破壞細(xì)胞膜完整性來(lái)促進(jìn)微囊藻毒素向細(xì)胞外釋放[3 。
馮立娟[4 利用基因編輯技術(shù)和非靶向代謝組學(xué)方法研究納米塑料的生物效應(yīng)，發(fā)現(xiàn) PS NH 通過(guò)破壞細(xì)胞膜的完整性和引起谷胱甘肽代謝途徑的紊亂來(lái)對(duì)細(xì)長(zhǎng)聚球藻產(chǎn)生毒性;帶正電荷 —NH 的聚苯乙烯顯著刺激了銅綠微囊藻中微囊藻毒素和微囊藻毒素 亮氨酸精氨酸的釋放;帶負(fù)電荷 —SO 的聚苯乙烯因?yàn)殪o電排斥作用，不容易與細(xì)胞膜接觸，因此在短期內(nèi)對(duì)微囊藻毒素的釋放可以忽略不計(jì)。由于納米塑料巨大的比表面積和強(qiáng)疏水性，可以作為污染物的吸附載體而形成復(fù)合污染。環(huán)境中的生物暴露于復(fù)合污染物的毒性效應(yīng)十分復(fù)雜。納米聚苯乙烯促進(jìn)了多環(huán)芳烴從暴露介質(zhì)中吸附至納米塑料上，進(jìn)而降低了多環(huán)芳烴的生物利用性和生物積累 30 。納米塑料的存在不僅改變了有機(jī)污染物誘發(fā)的生物體基因表達(dá)情況，也會(huì)引起代謝途徑的變化。
例如，納米級(jí)聚苯乙烯的加入降低了卡馬西平對(duì)紫貽貝的基因毒性，引起編碼生物轉(zhuǎn)化 cyp32 、解毒過(guò)程 gst 、DNA 損傷 p53 、組織修復(fù) hsp70 和免疫系統(tǒng) lys 的基因表達(dá)下調(diào) 31 。Singh 等 40 研究發(fā)現(xiàn)，納米聚苯乙烯 熒蒽復(fù)合污染引起的 DNA 損傷程度要小于單一聚苯乙烯或熒蒽，這說(shuō)明納米塑料降低了熒蒽對(duì)斑馬魚(yú)的基因毒性，可能是因?yàn)榧{米塑料吸附多環(huán)芳烴后降低了其生物可利用性。相反的，攝入納米塑料會(huì)抑制輪蟲(chóng)的多異源抗藥性，從而導(dǎo)致持久性有機(jī)污染物的毒性增強(qiáng) 32 。納米塑料明顯加劇了重金屬對(duì)斑馬魚(yú)的毒性，增加了胚胎死亡率和畸形，降低了孵化率 10 。納米聚苯乙烯的存在增強(qiáng)了磷酸三苯酯對(duì)斑馬魚(yú)的毒性，不僅引起斑馬魚(yú)的肝臟和生殖腺體積增大，還降低了受精率和卵孵化率，導(dǎo)致斑馬魚(yú)的繁殖性能下降[4 。在土壤中，草甘膦農(nóng)藥吸附在納米塑料表面，抑制了銅綠微囊藻的生長(zhǎng)[6]。
2.2 陸生植物
植物處于食物網(wǎng)的底端，是人類(lèi)重要的食物來(lái)源。因此，納米塑料對(duì)植物的毒性效應(yīng)近年來(lái)受到廣泛關(guān)注，例如洋蔥、大蔥、小麥、綠豆、蠶豆、大豆、生菜、萵苣和玉米等[4 。植物可以吸附或內(nèi)化塑料顆粒，與納米塑料的自身特性 粒徑、濃度 、植物響應(yīng)和環(huán)境介質(zhì)等有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)吸附在植物表面的塑料主要有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯[4 。 0 nm 和 100 nm 的聚苯乙烯主要通過(guò)吸附于大豆種皮表面降低種子吸收水分的速度，從而抑制種子的活力和發(fā)芽率，20 nm 的對(duì)根尖數(shù)量無(wú)顯著影響，而 100 nm 的則表現(xiàn)出促進(jìn)作用[4 。Giorgetti 等[1 的報(bào)道指出，50 nm 的聚苯乙烯能夠內(nèi)化于洋蔥的根分生區(qū)細(xì)胞，抑制了根的延伸生長(zhǎng)，引起氧化脅迫，產(chǎn)生細(xì)胞毒性 例如：有絲分裂異常和基因毒性 。納米塑料可以通過(guò)水通道蛋白進(jìn)入到水稻的根部，從而抑制初生根的長(zhǎng)度和質(zhì)量，根的形態(tài)也會(huì)發(fā)生明顯改變，與碳代謝相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生下調(diào)[4 。
粒徑為 300 nm 的聚苯乙烯增加了黃瓜根中丙二醛、脯氨酸和可溶性蛋白的含量及根活力，降低了鈣、鎂和鐵的含量[11]。納米聚苯乙烯可以進(jìn)入種子內(nèi)部，通過(guò)增強(qiáng) α 淀粉酶的活性而使淀粉顆粒的水解加速，進(jìn)而產(chǎn)生更多的可溶性糖和能量用于小麥幼苗的生長(zhǎng)[4 。聚苯乙烯顆粒對(duì)菜心幼苗的毒性作用呈現(xiàn)出明顯的粒徑效應(yīng)，幼苗可以通過(guò)調(diào)節(jié)可溶性糖和可溶性蛋白的含量來(lái)保持細(xì)胞的滲透勢(shì)，以應(yīng)對(duì)聚苯乙烯的脅迫 50 。然而，目前還沒(méi)有關(guān)于整株植物對(duì)納米塑料的攝取、不同部位的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累的報(bào)道，納米塑料通過(guò)食物鏈傳遞及對(duì)食品安全造成威脅的研究也較為少見(jiàn)。
2.3 無(wú)脊椎動(dòng)物及微生物蚯蚓
作為土壤食物鏈中的主要?jiǎng)游镏�，在改善土壤肥力、維持土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能等方面起到十分重要的作用[5 。納米聚苯乙烯改變了土壤線(xiàn)蚓的腸道微生物組成，進(jìn)而改變其攝食行為，影響線(xiàn)蚓的健康和生態(tài)功能 例如：氮循環(huán)和污染物轉(zhuǎn)化等 [5 。納米塑料的添加增強(qiáng)了四環(huán)素在土壤線(xiàn)蚓組織中的積累，引起腸道中抗性基因豐度和多樣性的增加[5 。此外，還有一些關(guān)于納米塑料對(duì)模式生物毒性效應(yīng)的研究，例如，Lei 等[5 將線(xiàn)蟲(chóng)暴露于粒徑為 100 nm 和 500 nm 的塑料顆粒后，線(xiàn)蟲(chóng)的身體彎曲、頭部跳動(dòng)頻率和爬行速度加快，這說(shuō)明納米塑料可以改變線(xiàn)蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)行為。
納米聚苯乙烯通過(guò)線(xiàn)粒體損傷和降低神經(jīng)元中多巴胺的含量引起秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)的神經(jīng)毒性[5 。添加濃度為 0.1 ·L− 和 mg·L− 的納米聚苯乙烯后，抑制了秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)和線(xiàn)粒體未折疊蛋白反應(yīng)，縮短了線(xiàn)蟲(chóng)的壽命[5 。聚苯乙烯誘導(dǎo)秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)中編碼酪氨酸脫羧酶基因 tdc的表達(dá)上調(diào)和編碼谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因 eat 的表達(dá)下調(diào)，引起神經(jīng)元毒性[5 。土壤中的跳蟲(chóng)通過(guò)創(chuàng)建生物孔隙來(lái)改良土壤系統(tǒng)，添加納米聚苯乙烯后可以在幾秒內(nèi)進(jìn)入到生物孔隙中，從而限制了跳蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)行為[58]。
納米聚苯乙烯可以進(jìn)入到蜻蜓幼體細(xì)胞空腔內(nèi)，引發(fā)不同組織的氧化應(yīng)激反應(yīng)，并對(duì)膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)功能和神經(jīng)肌肉功能障礙[59]。納米塑料對(duì)土壤微生物群落具有顯著的毒害作用，主要表現(xiàn)為菌群功能的改變和多樣性的減少，酶活性的降低等[4]。細(xì)菌的個(gè)體非常小，只有粒徑足夠小的納米塑料才可以進(jìn)入到其細(xì)胞內(nèi) 60 。50 nm的聚苯乙烯可以引起嗜堿鹽單胞菌細(xì)胞膜的損傷，誘發(fā)顯著的氧化還原壓力并促進(jìn)胞外聚合物的分泌 61 。雖然沒(méi)有直接的證據(jù)說(shuō)明納米塑料可以嵌入到細(xì)胞膜而被菌體吸收，Rossi 等 通過(guò)分子模擬研究發(fā)現(xiàn)，納米塑料可以穿過(guò)脂質(zhì)雙分子層，改變細(xì)胞的功能，因此可以推測(cè)納米塑料與細(xì)菌細(xì)胞膜之間的作用是其主要的毒性機(jī)制。納米塑料可以通過(guò)與奧奈達(dá)希瓦氏菌細(xì)胞膜和胞外分泌物直接接觸，改變其核黃素分泌[6 。
Saygin 和 Baysal[6 的研究指出，由于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的不同，革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌受納米塑料影響的程度存在差異;Ustabasi 和 Baysal[6 探索了從牙膏中分離出的聚乙烯塑料對(duì)細(xì)菌的毒性作用，發(fā)現(xiàn)聚乙烯對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌 枯草芽孢桿菌 的損害程度要大于革蘭氏陰性菌銅綠假單胞菌 。帶負(fù)電荷的納米塑料在高濃度 200 ·L− 時(shí)，可以破壞細(xì)胞表面聚合物，降低水解酶活性和表面電荷，并且增加了活性氧的產(chǎn)生[6 。因此可以推測(cè)塑料顆粒的表面電荷、細(xì)菌的蛋白質(zhì)代謝和脂質(zhì)過(guò)氧化酶活性的變化是影響塑料與菌體之間相互作用的重要因素。
3 納米塑料對(duì)人類(lèi)健康的潛在影響(Potential effects of nanoplastics on humanhealth)
農(nóng)作物、魚(yú)蝦貝類(lèi)等會(huì)對(duì)環(huán)境中的納米顆粒進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致其在體內(nèi)積累，并可通過(guò)食物鏈的營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)移造成農(nóng)畜產(chǎn)品的納米塑料污染，食品安全可能會(huì)受到影響，進(jìn)而引發(fā)人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)[6 圖 。但是食品中納米塑料含量及隨后的飲食暴露量的研究數(shù)據(jù)還十分欠缺，還無(wú)法評(píng)估存在于人類(lèi)食物鏈中的納米塑料對(duì)人體健康的潛在影響[4 。納米塑料對(duì)人類(lèi)健康可能存在的危害和風(fēng)險(xiǎn)已引起關(guān)注，納米塑料進(jìn)入人體的方式主要有經(jīng)口攝取、吸入及皮膚接觸，然后可能會(huì)沿著細(xì)胞間隙進(jìn)行傳輸，或者通過(guò)腸黏膜細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)到毛細(xì)淋巴管，進(jìn)入到淋巴組織，經(jīng)血管到達(dá)多個(gè)器官 。紡織工人長(zhǎng)期接觸合成纖維，會(huì)出現(xiàn)呼吸系統(tǒng)疾病，癥狀主要包括咳嗽、呼吸障礙和肺活量減少等�？梢酝茰y(cè)，納米塑料跟合成纖維相似，也可以通過(guò)空氣或者食物攜帶進(jìn)入到肺或胃腸系統(tǒng) 70 。目前，尚無(wú)關(guān)于納米塑料對(duì)人體的直接毒性效應(yīng)的相關(guān)報(bào)道，主要通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)探索納米塑料對(duì)人體健康的間接影響，這些研究的對(duì)象局限在人類(lèi)源細(xì)胞系和模型，產(chǎn)生的毒理效應(yīng)主要包括誘發(fā)氧化應(yīng)激、炎癥、代謝紊亂和細(xì)胞毒性等[71]。
納米塑料對(duì)人類(lèi)細(xì)胞的毒性與所選的細(xì)胞系有關(guān)，其對(duì)人單核巨噬細(xì)胞沒(méi)有損害作用，但能引起與免疫相關(guān)的細(xì)胞系中活性氧產(chǎn)生和 DNA 損傷 71 。Gopinath 等 進(jìn)行體外人血細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米塑料進(jìn)入血管后穿過(guò)腸絨毛，可以形成比原始納米塑料具有更高的基因毒性和細(xì)胞毒性的蛋白質(zhì) 塑料復(fù)合體，這可能是因?yàn)閺?fù)合體可以逃離人體防御系統(tǒng)，在循環(huán)系統(tǒng)中存在時(shí)間較長(zhǎng)。Domenech 等[7 利用熒光探針技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，納米聚苯乙烯可以穿過(guò)消化系統(tǒng)的上皮膜屏障，但對(duì)人結(jié)直腸癌和淋巴癌細(xì)胞膜滲透性和完整性并未產(chǎn)生影響。500 nm和 60 nm 的聚苯乙烯引起人胃癌 AGS 細(xì)胞的 DNA 斷裂，使細(xì)胞活力和線(xiàn)粒體膜電位降低，從而誘發(fā)細(xì)胞凋亡[7 。
人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞暴露在 500 nm 的納米塑料后，發(fā)生了線(xiàn)粒體去極化，可能是因?yàn)榱缴晕⒋笠稽c(diǎn)的塑料進(jìn)入細(xì)胞后可以逃離溶酶體，并對(duì)其他細(xì)胞器和蛋白質(zhì)造成損害[75−76]。Xu等[7 的研究證明，粒徑為 25 nm 的聚苯乙烯比 70 nm 的更容易內(nèi)化進(jìn)入肺癌人類(lèi)肺泡基底上皮細(xì)胞質(zhì)中，誘導(dǎo)與炎癥相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄，引起細(xì)胞周期 期阻滯，觸發(fā)了腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡途徑，從而影響細(xì)胞活力。低濃度的納米聚苯乙烯會(huì)引起支氣管上皮細(xì)胞中與自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的代謝發(fā)生變化，例如氨基酸和三羧酸循環(huán)過(guò)程中代謝產(chǎn)物的增加[7 。Hesler 等 79 采用體外共培養(yǎng)模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，納米塑料沒(méi)有引起腸道和胎盤(pán)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，具有微弱的毒性作用。50 nm 的塑料可以進(jìn)入到腸基底外側(cè)細(xì)胞和淋巴癌細(xì)胞的細(xì)胞核，因而引發(fā)基因毒性[7 。根據(jù)上述生物及人體細(xì)胞系對(duì)納米塑料污染所做出的反應(yīng)，可以推測(cè)人類(lèi)為了應(yīng)對(duì)納米塑料的脅迫可能會(huì)出現(xiàn)基因組和行為的變化 71 。
4展望(Expectation)
納米塑料的長(zhǎng)期存在會(huì)對(duì)環(huán)境中的水生生物、植物、無(wú)脊椎動(dòng)物和微生物產(chǎn)生毒性作用，并可通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)運(yùn)富集對(duì)人類(lèi)健康造成潛在威脅。然而作為一種新污染物，納米塑料的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)及機(jī)制的研究亟待加強(qiáng)：研究中采用的納米塑料的種類(lèi)和形狀相對(duì)單一，主要是關(guān)注了工程塑料的生態(tài)毒性，但對(duì)于環(huán)境中實(shí)際存在的納米塑料的研究尚欠缺;納米塑料難以溶于測(cè)試介質(zhì)或體液中，在毒性暴露實(shí)驗(yàn)中還無(wú)法保證納米塑料在溶液相中的準(zhǔn)確濃度，目前是以單位體積 質(zhì)量?jī)?nèi)顆粒物的量為計(jì)數(shù)方式，難以轉(zhuǎn)化為生物體內(nèi)殘留量并表示為劑量 響應(yīng)關(guān)系，需將更多的新技術(shù)和新方法應(yīng)用到納米塑料濃度標(biāo)準(zhǔn)化研究中;納米塑料中含有的添加劑可能會(huì)不斷釋放出來(lái)，關(guān)于納米塑料對(duì)生物體的毒性效應(yīng)是由于其自身還是塑料添加劑的釋放造成的，目前還沒(méi)有明確的結(jié)論，還需做進(jìn)一步的探索;目前沒(méi)有足夠的證據(jù)說(shuō)明納米塑料可以通過(guò)吞噬或穿透作用進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，需結(jié)合同位素示蹤與分子生物學(xué)新技術(shù)等深入探討其引發(fā)的毒理學(xué)機(jī)制。
參考文獻(xiàn)(Reference):
[1] Rillig M C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil? [J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46(12):6453 6454
[2] 張曉菲, 汪磊. 環(huán)境中納米塑料的分離與檢測(cè)[J]. 環(huán)境化學(xué), 2020, 39(1): 8 11Zhang X F, Wang L. The separation and detection methods of nanoplastics in the environment [J]. Environmental Chemistry,2020, 39(1): 8 11 (in Chinese)
[3] Gangadoo S, Owen S, Rajapaksha P, et al. Nano plastics and their analytical characterisation and fate in the marineenvironment: From source to sea [J]. The Science of the Total Environment, 2020, 732: 138792
[4] Awet T T, Kohl Y, Meier F, et al. Effects of polystyrene nanoparticles on the microbiota and functional diversity ofenzymes in soil [J].
Environmental Sciences Europe, 2018, 30(1): 11
[5] Lin W, Jiang R F, Hu S Z, et al. Investigating the toxicities of different functionalized polystyrene nanoplastics onDaphnia magna [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2019, 180: 509 5166]
Zhang Q, Qu Q, Lu T, et al. The combined toxicity effect of nanoplastics and glyphosate on Microcystis aeruginosagrowth [J]. Environmental Pollution, 2018, 243(Pt B): 1106 1112
作者：劉沙沙 ，梁綺彤，陳諾，楊曉茵
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/30132.html
