浙江大学蒋超课题组The Innovation Medicine：从物理特性到多维表征——微纳塑料健康风险评估的新范式

微纳塑料（Micro-nanoplastics, MNPs）在全球范围内的快速扩散已成为"同一健康"理念框架下的新兴威胁，对环境与人类健康构成严峻挑战。研究表明，MNPs的毒性效应主要体现在三个维度：颗粒特性决定的物理因素、关联物质导致的化学因素，以及微生物互作产生的生物因素（图1）。大量证据显示，MNPs对啮齿类动物、海洋生物、人类细胞系和类器官等多种生物系统均产生不利影响。而现有研究主要局限于实验室条件下单一类型（以原始聚苯乙烯和聚乙烯为主）、高剂量、短期暴露的模式。这种简化方法难以真实反映人类在现实环境中面临的复杂情况——通常经历多途径、慢性、低剂量地暴露于已经风化和老化的异质性MNPs混合物。此外，关于MNPs在人体内的吸收、分布、代谢、排泄和毒性（Absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity, ADMET）作用的深入研究仍显不足。本文深入剖析MNPs的多重属性，及其健康风险评估所面临的挑战。

环境中的MNPs来源复杂，且持续经历环境转化（图1）。根据来源，MNPs可以分为两类：一类是商业用途的人工制造微纳米级颗粒（即初级MNPs），另一类是环境中大型塑料制品降解形成的次级MNPs。MNPs的物理特性（如颜色、聚合物官能团、稳定性和极性等）显著影响其环境行为，尤其对污染物的吸收和吸附能力。与实验室合成的标准颗粒不同，环境中MNPs会不断发生转化，导致其物理参数（如形状、尺寸、结晶度和表面特性等）发生动态变化。这种持续演变亟需开发标准化方法，以全面表征真实环境中异质性MNPs混合物及其动态物理特性。

MNPs通过双重机制充当化学物质载体：一是生产过程中添加的化学助剂，二是环境中吸附的污染物（图1）。制造阶段加入的化学物质（包括增塑剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂和色素等）占塑料总重量的0.05%至70%不等。这些添加剂多以物理分散或弱结合的形式存在于聚合物基质中，而非化学键合，因此在外力作用下容易释放到环境中。此外，MNPs还具有强大的环境污染物（如重金属、抗生素等有机和无机污染物）吸附能力，这进一步增加了其作为化学载体的潜在危害。理解这些动态化学特性对于评估人体暴露和健康风险至关重要。

除物理和化学特性外，MNPs还可作为微生物定植和生物膜形成的基质，呈现独特的生物学特性（图1）。其表面可支持包括潜在人类病原体在内的多样化微生物群落，从而形成一种人类-塑料-微生物互作的新模式。在人体中，特别是肠道内，MNPs能显著改变微生物群落的结构及其功能，进而影响宿主健康。多种微生物（如细菌、古菌、真菌和病毒等）可通过生物吸附、摄取和降解过程与塑料颗粒互作。深入理解这些生物特性及其在人体内的动态互作，对准确评估MNPs相关的健康风险至关重要。

目前，我们对MNPs在人体内的吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）特征了解甚少（图1）。MNPs可通过摄入、吸入和皮肤接触进入人体，其分布呈现粒径依赖性和组织特异性——小于10μm的MNPs可进入多种组织并穿透细胞膜。然而，导致这种组织特异性累计的机制仍不明确。局部组织的微环境可能改变MNPs的性质，并影响相关化学物质的释放模式，从而影响其代谢和生物转化过程。MNPs的排泄途径（如汗液、尿液和粪便等）及其清除动力学特征尚未得到充分认识。

关于MNPs对人体健康影响的证据目前主要来自体外模型研究，包括细胞和人类类器官模型，特别是气道、前脑、肠道和肝脏类器官。有限的流行病学研究提示，MNPs暴露可能与慢性疾病存在关联。然而，当前使用组织消化结合拉曼光谱的检测方法无法全面定量和定性生物样本中的MNPs粒径分布。值得注意的是，MNPs的ADMET特征显著受其生物-物理化学性质的影响。例如，不同粒径对器官系统的影响各异——纳米级颗粒在肠道中可以诱导更强的炎症和氧化应激反应，而微米级颗粒则导致更严重的肠道菌群紊乱。在肝脏中，微米级颗粒引发更高的氧化应激和脂质代谢紊乱。MNPs的表面官能团类型也显著影响毒性，相同尺寸下氨基修饰的聚苯乙烯显示出比羧基修饰的聚苯乙烯更高的吸收率和神经毒性。

此外，近期研究揭示，虽然单独的MNPs毒性可能较低，但与化学添加剂结合时却表现出显著的不良影响。更重要的是，多种低于有效毒性阈值的化学物质混合可能共同产生显著的毒性效应——这种"无中生有"的混合效应对可同时携带多种化学物质的MNPs尤为重要。这种不完整的ADMET特征，加之个体在年龄、健康状况和暴露模式上的差异，极大地限制了评估MNPs长期健康影响的能力。

推动MNPs健康风险研究的未来发展需要多学科协作（图1），重点需关注两个方面。首先，应建立标准化方法，用于表征来自不同来源（如食品、饮用水、消费品和空气等）的异质性MNPs混合物的人体暴露特征。这些方法应重点评估生理条件下的物理特性、关联化学物质和微生物群落。其次，需建立整合的毒代动力学和毒效动力学评价体系，以研究不同来源的暴露途径的特异性效应。通过严格控制的动物实验和系统的人群流行病学研究，特别是对易感人群的关注，可为制定循证的安全阈值和暴露限值提供科学依据，进而指导公共卫生政策制定。全面理解MNPs的生物-物理-化学属性、来源特异性暴露特征、不同暴露途径的ADMET特征，以及短期和长期健康效应，是有效评估实际环境中MNPs健康风险和制定针对性干预策略的关键。