塑料的廣泛應用極大程度推動了工業(yè)化文明和社會經(jīng)濟的發(fā)展，這也導致了微塑料（MP）和納米塑料（NP）在人類生活環(huán)境中的無處不在，造成嚴重的環(huán)境污染問題。現(xiàn)有研究表明，人類每周微塑料顆粒的攝入量在 0.1-5 克左右。

為了減輕塑料污染，人們引入了生物可降解塑料作為傳統(tǒng)石油基塑料的環(huán)保替代品。聚乳酸（PLA）是全球生產(chǎn)和消費最多的生物可降解塑料，廣泛用于食品包裝、一次性餐具的制造和作為生物醫(yī)學遞藥的載體。盡管 PLA 被認為是“生態(tài)友好”型塑料，但是在人類和小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)，PLA 的攝入會引發(fā)炎癥，同時，PLA 會比傳統(tǒng)石油基塑料產(chǎn)生更多的微塑料，這意味著其可能具有更大的潛在隱患。

因此，PLA 暴露對人體健康的毒理學效應值得深入研究，特別是當前學界仍然缺乏其對生殖系統(tǒng)毒性作用的認知。

2025 年 1 月 27 日，北京大學第一醫(yī)院姜輝教授團隊等在材料科學領域權威學術期刊 ACS Nano 上在線發(fā)表了題為：Polylactic acid micro/nanoplastic exposure induces male reproductive toxicity by disrupting spermatogenesis and mitochondrial dysfunction in mice（聚乳酸微/納米塑料暴露，通過破壞小鼠精子發(fā)生和線粒體功能障礙來誘導雄性生殖毒性）的研究論文。

該研究首次揭示了聚乳酸微/納米塑料（PLA-MP/NP）對雄性小鼠生殖系統(tǒng)的毒性作用，且毒性機制可能與傳統(tǒng)石油基微塑料一致，為生物可降解塑料的環(huán)境風險評估提供理論依據(jù)。

不孕不育癥是一個全球性的公共衛(wèi)生問題，是僅次于癌癥和心血管疾病的全球第三大頑固性疾病。弱精癥是導致男性不育的主要因素之一，而環(huán)境污染被認為是造成男性生育力下降的重要因素，這使得環(huán)境污染物對生殖健康的影響成為一個廣泛關注的熱門話題。

該團隊之前的研究已經(jīng)證實了男性生殖系統(tǒng)中存在微塑料，而傳統(tǒng)石油基聚苯乙烯（PS）微塑料也被證實可引起人類男性青春期前睪丸損傷并威脅生育能力，但聚乳酸（PLA）對男性生殖功能影響的研究仍處于空白。為此，該研究團隊通過對小鼠進行為期 56 天的重復劑量口服毒性研究，使用了環(huán)境相關劑量（10 mg/kg/d、100 mg/kg/d）和危害識別劑量（1000 mg/kg/d）的聚乳酸微米塑料（PLA-MP），探討了 PLA-MP 暴露對雄性成年小鼠的生殖毒性損傷作用。

體內(nèi)熒光成像和透射電鏡顯示，PLA-MP 進入小鼠體內(nèi)后可通過血液系統(tǒng)穿透血睪屏障進入睪丸微環(huán)境中，并在小鼠睪丸內(nèi)大量積聚，誘導顯著的生殖毒性，包括精子數(shù)量減少、活力降低、畸形率升高以及性激素水平紊亂等。此外，實驗還發(fā)現(xiàn) PLA-MP 會導致大量生精小管退化、生殖細胞脫落、生殖上皮組織紊亂等組織病理學變化。特別是睪丸內(nèi)生精空間增大，一些生精小管中的精子完全消失，表明睪丸結(jié)構被嚴重破壞。這些變化加強了研究團隊對暴露于 PLA-MP 會誘導小鼠雄性生殖毒性的推測。

線粒體結(jié)構的改變是環(huán)境污染物誘發(fā)毒性的重要機制，而線粒體功能障礙被認為是微塑料誘導毒性的關鍵機制。研究團隊發(fā)現(xiàn)，PLA-MP 暴露后，可被細胞內(nèi)化并在線粒體中積聚。內(nèi)化的 PLA-MP 會引起線粒體的形態(tài)改變，如腫脹、大小增加、空泡化增加和管狀嵴形成等，并出現(xiàn)線粒體自噬體?；钚匝酰≧OS）是細胞氧化應激的重要指標，微塑料對 ROS 的積累和生成具有劑量依賴性，ROS 產(chǎn)生升高引起的線粒體功能受損會進一步加劇氧化應激，形成線粒體持續(xù)損傷的惡性循環(huán)。因此，研究團隊檢測了氧化應激相關指標，結(jié)果顯示，線粒體暴露于 PLA-MP 會誘發(fā)氧化應激代謝產(chǎn)物顯著增加。

細胞內(nèi) ROS 水平的增加和線粒體形態(tài)的變化，以及氧化應激的加劇，促使研究團隊進一步去探究 PLA-MP 暴露對細胞線粒體功能的影響。研究團隊通過評估了精母細胞 GC-2 的 Ca2+ 水平、ATP 生成和線粒體膜電位（MMP）等線粒體功能指標，來評估 PLA-MP 對線粒體完整性和功能的影響及其相關機制。結(jié)果顯示，PLA-MP 暴露導致 GC-2 細胞中 MMP 和 ATP 水平降低，同時顯著增加 Ca2+ 信號。這表明，線粒體功能障礙可能是 PLA-MP 暴露后的一個敏感指標。

線粒體鞘是精子鞭毛的一部分，在維持精子活力方面起著至關重要的作用，其結(jié)構異?？蓪е履行圆挥樘接?PLA 是否侵入小鼠精子并造成線粒體鞘損傷，研究團隊采用透射電鏡觀察小鼠精子中段超微結(jié)構。正如研究團隊預期的那樣，PLA-MP 暴露后，一定數(shù)量的納米級 PLA 顆粒附著在精子中段。特別是，聚乳酸納米塑料（PLA-NP）顆粒甚至可以穿過精子內(nèi)部到達線粒體鞘，并參與了線粒體解體的過程。此外，PLA 還破壞了精子內(nèi)部的氧化還原穩(wěn)態(tài)并觸發(fā)氧化應激，造成精子線粒體結(jié)構與功能的損傷。

為了進一步探究 PLA-MP 引起生殖毒性的分子機制，研究團隊對高劑量暴露組小鼠的睪丸組織進行了轉(zhuǎn)錄組學分析。結(jié)果顯示，PLA-MP 顯著下調(diào)了多種與精子發(fā)生相關的關鍵基因（如C3、Pde7b、Wt1和Dkk3），并影響了鈣離子轉(zhuǎn)運等與線粒體功能密切相關的通路。這些結(jié)果表明，PLA-MP 通過抑制精子發(fā)生關鍵基因的表達，導致精子質(zhì)量下降并加劇生殖毒性效應。

工業(yè)化的快速發(fā)展，給人類帶來了環(huán)境和生活方式的改變，微塑料污染對人類健康造成了嚴重威脅，特別是嚴重影響了男性生殖健康。在該研究中，研究團隊首次報道了聚乳酸（PLA）對雄性小鼠的生殖毒性，并證明聚乳酸微塑料（PLA-MP）暴露后會穿透血睪屏障（BTB）、侵入睪丸微環(huán)境，并在睪丸組織內(nèi)蓄積；同時誘導小鼠睪丸的氧化應激水平升高、血清生殖激素水平降低，導致小鼠睪丸發(fā)育障礙。此外，PLA-MP 降解成的納米塑料會侵入精子線粒體鞘，破壞線粒體結(jié)構，提示了線粒體功能障礙是 PLA 誘導生殖毒性的潛在機制和早期關鍵影響。

總的來說，這項研究加強了生物可降解微塑料對人類健康毒理學影響的認識，為評估生物可降解塑料的健康風險提供新見解。PLA 作為一種常用的“環(huán)?！彼芰?，其在人體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化、生物分布和毒性的影響值得更多的關注。

北京大學第一醫(yī)院姜輝、北京大學第三醫(yī)院張哲、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心李圓圓為論文共同通訊作者，北京大學第一醫(yī)院博士生趙乾程為論文第一作者、北京大學第一醫(yī)院博士后方子水和北京大學第三醫(yī)院王鵬程為并列第一作者。