ACS Nano:温州医科大学陈冲/刘新婷/瞿佳发现母体携带纳米塑料严重干扰子代斑马鱼视网膜早期发育

  • 2026-05-25 12:27:47
  • 来源:医药头条

纳米塑料普遍存在于自然环境中,易在生殖组织内蓄积,还会对人体脆弱的视网膜组织构成潜在健康威胁。但母体接触纳米塑料后,经母婴传递的纳米塑料对子代胚胎视网膜形态建成与视觉功能发育造成的代际影响,目前仍尚不明确。

2026年5月14日,温州医科大学陈冲、刘新婷、瞿佳共同通讯在ACS Nano在线发表题为Maternal-Derived Polystyrene Nanoplastics Impair Early Retinal Development in Zebrafish (Danio rerio)的研究论文。

该研究将60nm聚苯乙烯纳米塑料(PS-NPs)显微注射至斑马鱼受精卵动物极,以此模拟母体暴露纳米塑料的真实环境场景。实验结果显示,受精后3天的斑马鱼幼鱼在纳米塑料暴露下出现明显发育异常,表现为眼球偏小症状。共聚焦成像结果证实,聚苯乙烯纳米塑料可广泛分布于视网膜各层组织,且更易在感光细胞区域富集聚集。组织切片观察发现,幼鱼感光细胞外段明显变薄,整体形态结构出现严重畸变。

透射电镜进一步观测到,感光细胞外段长度大幅缩短,内部盘膜结构排列紊乱,出现盘膜厚度减小、间隙增大、平整度下降等一系列病理改变。与此同时,视网膜组织内出现线粒体肿胀、线粒体嵴结构破损等损伤,视网膜色素上皮细胞内黑色素小体形态也发生异常改变。

免疫荧光检测证实,感光细胞、视网膜色素上皮细胞等多种视网膜细胞的特征蛋白表达模式出现紊乱。转录组测序分析表明,差异表达基因大量富集在视觉循环核心通路中,尤以视黄醇结合相关通路变化最为显著,该结果也经由基因集富集分析与荧光定量PCR实验进一步验证。

后续检测还证实,纳米塑料暴露会显著激活视网膜组织内氧化应激通路与炎症反应通路。长期发育追踪发现,即便生长至受精后14天,幼鱼感光细胞外段厚度依旧显著低于正常组别;仅部分形态异常表型会在发育后期逐步得到一定缓解。

研究证实,60nmPS-NPs主要靶向损伤视网膜色素上皮-感光细胞外段功能单元。纳米塑料既会造成直接物理性结构损伤,还会诱发后续氧化应激与炎症级联反应,最终导致视网膜色素上皮功能失常、感光细胞外段更新代谢紊乱,逐步引发感光细胞退行性病变。该研究明确揭示了母体来源纳米塑料暴露潜藏的子代视觉发育损伤风险。

微塑料与纳米塑料凭借极强的生物富集效应与发育毒性,已引发全球广泛关注。按照定义,粒径不超过5mm的塑料碎屑为微塑料,直径小于1μm的颗粒则称为纳米塑料。尽管全球多方推行减塑生产、提升塑料回收利用率,但据预测,2016至2040年间,仍有约2.5亿吨塑料废弃物将排入水生环境,4.6亿吨塑料垃圾会渗入陆地土壤。

现如今,微纳米塑料已遍布全球各类生态环境,在室内外空气、土壤、海洋、湖泊、河流以及食盐、饮用水、饮品、海产品中均有检出。微纳米塑料可在生物细胞内蓄积,通过诱发氧化应激、干扰关键信号通路,破坏机体器官正常结构与生理功能。

因其粒径微小,能够侵入子宫内膜、胎盘、母乳、睾丸、精液等各类生殖组织与体液,对子代生长发育构成极大潜在威胁。多项啮齿类动物实验证实,纳米塑料可穿透组织屏障进入胎盘,进而侵入胎儿组织。以上研究充分表明,微纳米塑料不仅易在生殖系统富集,还可实现亲代向子代的代际传递,直接危害胚胎正常发育。

视网膜神经发育是一套高度精密有序的生理过程,始于胚胎早期,并持续至新生儿阶段。整个发育过程受严格时空调控,可使原始单层神经上皮逐步分化构建出多层复杂视网膜结构,包含视杆细胞、视锥细胞、无长突细胞、双极细胞、水平细胞、视网膜神经节细胞六种神经元,以及米勒胶质细胞这一类胶质细胞。

值得警惕的是,已有研究在人体玻璃体、泪液与睑脂中检测出微纳米塑料;小鼠实验证实,经饮水摄入的微纳米塑料可沉积于视网膜组织。同时,暴露于聚苯乙烯纳米塑料的成年斑马鱼会出现视网膜细胞结构紊乱,微塑料污染还会抑制子代幼鱼趋光行为。

现有研究已证实这类塑料污染物能够侵入生物体与眼部组织,损害眼部健康、影响子代视觉功能,但母体介导的微纳米塑料代际传递对胚胎视网膜发育及视觉功能的具体影响,目前尚不明确。

图1母体来源聚苯乙烯纳米塑料损害斑马鱼胚胎早期视网膜发育示意图(摘自ACS Nano

斑马鱼是生态毒理学领域经典模式指示生物,其胚胎通体透明,便于直观观察形态学变化,是研究急性毒性、神经发育毒性、心脏毒性与遗传毒性的理想实验对象。作为淡水硬骨鱼类,斑马鱼幼鱼眼部占身体比例较大,眼部组织结构、发育模式与人类高度同源,且受精后眼部发育进程迅速。

斑马鱼受精后第3天,视网膜基本完成分层排布,感光细胞、双极细胞、神经节细胞等核心视觉细胞分层成型并具备生理功能,其眼部代谢通路与光信号传导机制和人类相近;受精后第5天,视觉系统发育成熟,可完成视动反应、视觉运动应答等典型视觉相关行为;受精后第10天完成胚胎向幼鱼的发育过渡,生理状态趋于稳定。

加之斑马鱼与人类基因组相似度高,其胚胎产生的各类毒理反应与哺乳动物及人体高度契合。因此该研究选用斑马鱼早期胚胎,探究母体来源聚苯乙烯纳米塑料对胚胎视网膜早期发育的不良作用。

该研究以斑马鱼为脊椎动物模型,探究亲代生殖细胞暴露于聚苯乙烯纳米塑料后,对子代胚胎视网膜发育造成的损伤效应。实验通过向受精卵动物极显微注射纳米颗粒,精准模拟母体生殖细胞暴露场景,综合运用形态学观测、组织病理染色、行为学检测、活体荧光成像、透射电镜观察及转录组测序等多种研究手段,系统探究聚苯乙烯纳米塑料引发的眼部结构损伤、功能异常与分子调控紊乱。

作者补充了环境纳米塑料发育毒性的实验数据与理论依据,深入阐明其长期眼部健康危害,为建立科学完善的塑料污染防控体系与人体健康防护方案提供有力支撑。

参考消息:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c00114


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