生物降解塑料的潜在风险：北京大学江辉教授团队首次报告聚乳酸微/纳米塑料引起的生殖毒性
塑料的广泛使用极大地促进了工业文明和经济发展，但也造成了严重的环境污染，尤其是微塑料（MP）和纳米塑料（NP）在人类环境中无处不在。现有研究表明，人类平均每周摄入的微塑料颗粒约为0.1至5克，这引发了人们对潜在健康风险的担忧。
为了缓解塑料污染，人们引入了可生物降解塑料，作为传统石油基塑料的环保替代品。聚乳酸（PLA）是全球生产和消费最广泛的可生物降解塑料，用于食品包装。 一次性餐具此外，PLA还可用作生物医学应用中的药物载体。虽然PLA被认为是一种“环保”塑料，但研究表明，摄入PLA可能导致炎症，并且PLA在降解过程中产生的微塑料可能比传统的石油基塑料更多，这表明其存在潜在风险，值得进一步研究。
2025年1月27日，北京大学第一医院江辉教授团队在权威材料科学期刊上发表了一篇研究论文。 ACS Nano题为“聚乳酸微/纳米塑料暴露通过干扰小鼠精子发生和线粒体功能障碍诱导雄性生殖毒性”的研究首次揭示了聚乳酸微/纳米塑料（PLA-MP/NP）对雄性小鼠的生殖毒性，表明其毒性机制可能与传统石油基微塑料类似。这些发现为评估可生物降解塑料的环境风险提供了理论基础。
不孕不育是全球性的公共卫生问题，也是继癌症和心血管疾病之后，全球第三大顽固性疾病。少精症（精子数量少）是男性不育的主要原因之一，而环境污染被认为是导致男性生育能力下降的重要因素。因此，环境污染物对生殖健康的影响已成为广泛关注的焦点。江辉团队之前的研究证实了男性生殖系统中存在微塑料，并表明传统的石油基聚苯乙烯（PS）微塑料会导致青春期前男性睾丸损伤，从而威胁生育能力。然而，人们对聚乳酸（PLA）对男性生殖功能的影响知之甚少。因此，研究团队对小鼠进行了为期 56 天的重复口服毒性研究，采用环境相关剂量（10 mg/kg/d、100 mg/kg/d）和危害识别剂量（1000 mg/kg/d）的 PLA 微塑料 (PLA-MP)，以探索 PLA-MP 暴露对雄性小鼠的生殖毒性。
结果表明，PLA-MP被吸收后，可通过血液循环穿过血睾屏障，并在睾丸微环境中蓄积。这种蓄积导致了显著的生殖毒性，包括精子数量减少、精子活力下降、精子畸形率增加以及激素失衡。此外，组织病理学检查显示生精小管退化、生殖细胞丢失以及生殖上皮组织破坏。值得注意的是，生精小管内精子发生腔扩大以及部分生精小管内精子完全消失，表明睾丸结构严重受损。这些发现支持了PLA-MP暴露可导致雄性小鼠生殖毒性的假设。
线粒体功能障碍是环境污染物致毒的关键机制之一，而线粒体损伤被认为是微塑料致毒的关键机制。本研究发现，PLA-MP暴露后，颗粒被细胞内吞并积聚于线粒体中。内吞的PLA-MP导致线粒体形态发生改变，例如肿胀、体积增大、空泡化、管状嵴形成以及线粒体自噬体的出现。活性氧（ROS）水平作为氧化应激的重要指标，呈剂量依赖性增加，而ROS水平升高引起的线粒体功能障碍进一步加剧了氧化应激，形成持续线粒体损伤的恶性循环。为了评估PLA-MP暴露对线粒体功能的影响，研究团队检测了GC-2精母细胞中线粒体完整性的指标，包括Ca2+水平、ATP生成和线粒体膜电位（MMP）。结果表明，PLA-MP暴露降低了MMP和ATP水平，同时显著提高了细胞内Ca2+水平，提示线粒体功能障碍可能是PLA-MP诱导生殖毒性的敏感指标。
线粒体鞘是精子尾部的重要组成部分，对维持精子活力至关重要。线粒体鞘的结构异常会导致男性不育。为了探究聚乳酸（PLA）颗粒是否会穿透精子并造成线粒体鞘损伤，研究团队利用透射电镜观察了精子中段的超微结构。正如预期，他们发现一定数量的纳米级PLA颗粒附着在精子中段上。值得注意的是，PLA纳米颗粒甚至能够穿透精子内部到达线粒体鞘，参与线粒体的解体过程。此外，PLA还会破坏精子内部的氧化还原稳态，引发氧化应激，最终导致精子线粒体的结构和功能受损。
为了进一步探究PLA-MP诱导生殖毒性的分子机制，研究团队对高剂量暴露组的睾丸组织进行了转录组分析。结果显示，PLA-MP显著下调了多个与精子发生相关的关键基因（例如C3、Pde7b、Wt1和Dkk3）的表达，并影响了与线粒体功能相关的通路，例如钙离子转运。这些发现表明，PLA-MP暴露通过抑制精子发育关键基因的表达，导致精子发生受损，并加剧生殖毒性。
总之，本研究首次证实聚乳酸（PLA）微/纳米塑料可通过干扰精子发生和导致线粒体功能障碍，诱导雄性小鼠产生生殖毒性。结果表明，PLA微塑料可穿透血睾屏障，在睾丸微环境中积聚，并诱导小鼠产生氧化应激、激素失衡和睾丸发育障碍。此外，PLA微塑料降解为纳米塑料后可穿透精子线粒体，造成线粒体损伤，提示线粒体功能障碍是PLA诱导生殖毒性的关键机制和早期指标。
总体而言，这项研究加深了我们对可生物降解微塑料对人类健康毒理学影响的理解，并为评估可生物降解塑料的健康风险提供了新的见解。由于聚乳酸（PLA）通常被宣传为一种“环境友好型”塑料，因此其生物转化、生物分布以及对人体的潜在毒理学影响值得进一步关注。
该论文的通讯作者包括北京大学第一医院的姜辉教授、北京大学第三医院的张哲教授和中国科学院生态与环境研究所的李媛媛博士。北京大学第一医院的赵乾城博士为第一作者，方子水博士（博士后研究员）和王鹏程博士（北京大学第三医院）为共同第一作者。