近日，意昂2官网醫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生和線粒體功能障礙來誘導雄性生殖毒性）的研究論文，發現聚乳酸微/納米塑料可侵入精子，誘導生殖毒性。

意昂2平台第一醫院姜輝🧗🏻‍♂️、意昂2平台第三醫院張哲🤱、中國科學院生態環境研究中心李圓圓為共同通訊作者，意昂2平台第一醫院博士生趙乾程為第一作者，意昂2平台第一醫院博士後方子水和意昂2平台第三醫院王鵬程為並列第一作者。

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

為了減輕塑料汙染，人們引入了生物可降解塑料作為傳統石油基塑料的環保替代品。聚乳酸（PLA）是全球生產和消費最多的生物可降解塑料，廣泛用於食品包裝🏄🏽‍♂️、一次性餐具的製造和作為生物醫學遞藥的載體🤾🏽‍♀️。盡管 PLA 被認為是“生態友好”型塑料，但是在人類和小鼠模型研究中發現，PLA 的攝入會引發炎症，同時，PLA 會比傳統石油基塑料產生更多的微塑料，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毒性作用的認知。

姜輝教授團隊的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的毒性作用，且毒性機製可能與傳統石油基微塑料一致，為生物可降解塑料的環境風險評估提供理論依據。

不孕不育症是一個全球性的公共衛生問題，是僅次於癌症和心血管疾病的全球第三大頑固性疾病👨🏽‍🚒。弱精症是導致男性不育的主要因素之一，而環境汙染被認為是造成男性生育力下降的重要因素，這使得環境汙染物對生殖健康的影響成為一個廣泛關註的熱門話題。

姜輝教授團隊此前的研究已經證實了男性生殖系統中存在微塑料（姜輝教授團隊發表有關微塑料與男性前列腺健康關系的重要研究成果），而傳統石油基聚苯乙烯（PS）微塑料也被證實可引起人類男性青春期前睾丸損傷並威脅生育能力，但聚乳酸（PLA）對男性生殖功能影響的研究仍處於空白🧛‍♂️🙋‍♂️。為此，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➿。

體內熒光成像和透射電鏡顯示，PLA-MP 進入小鼠體內後可通過血液系統穿透血睾屏障進入睾丸微環境中，並在小鼠睾丸內大量積聚，誘導顯著的生殖毒性，包括精子數量減少👩🏽‍🦲、活力降低、畸形率升高以及性激素水平紊亂等。此外，實驗還發現 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。特別是睾丸內生精空間增大，一些生精小管中的精子完全消失，表明睾丸結構被嚴重破壞。這些變化加強了研究團隊對暴露於 PLA-MP 會誘導小鼠雄性生殖毒性的推測📹🅾️。

線粒體結構的改變是環境汙染物誘發毒性的重要機製，而線粒體功能障礙被認為是微塑料誘導毒性的關鍵機製。研究團隊發現，PLA-MP 暴露後，可被細胞內化並在線粒體中積聚。內化的 PLA-MP 會引起線粒體的形態改變，如腫脹、大小增加、空泡化增加和管狀脊形成等，並出現線粒體自噬體。活性氧（ROS）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，形成線粒體持續損傷的惡性循環。因此，研究團隊檢測了氧化應激相關指標，結果顯示，線粒體暴露於 PLA-MP 會誘發氧化應激代謝產物顯著增加🙎🏻‍♀️。

細胞內 ROS 水平的增加和線粒體形態的變化，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製。結果顯示，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 暴露後的一個敏感指標↕️。

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，其結構異常可導致男性不育。為探討 PLA 是否侵入小鼠精子並造成線粒體鞘損傷，研究團隊采用透射電鏡觀察小鼠精子中段超微結構🏊🏻。正如研究團隊預期的那樣，PLA-MP 暴露後，一定數量的納米級 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部到達線粒體鞘，並參與了線粒體解體的過程。此外，PLA 還破壞了精子內部的氧化還原穩態並觸發氧化應激，造成精子線粒體結構與功能的損傷。

為了進一步探究 PLA-MP 引起生殖毒性的分子機製，研究團隊對高劑量暴露組小鼠的睾丸組織進行了轉錄組學分析。結果顯示，PLA-MP 顯著下調了多種與精子發生相關的關鍵基因（如C3😚、Pde7b、Wt1和Dkk3），並影響了鈣離子轉運等與線粒體功能密切相關的通路🗒。這些結果表明，PLA-MP 通過抑製精子發生關鍵基因的表達，導致精子質量下降並加劇生殖毒性效應。

工業化的快速發展，給人類帶來了環境和生活方式的改變，微塑料汙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，並證明聚乳酸微塑料（PLA-MP）暴露後會穿透血睾屏障（BTB）、侵入睾丸微環境，並在睾丸組織內蓄積；同時誘導小鼠睾丸的氧化應激水平升高🤽🏼‍♀️🤸🏽、血清生殖激素水平降低，導致小鼠睾丸發育障礙🏊🏼。此外，PLA-MP 降解成的納米塑料會侵入精子線粒體鞘，破壞線粒體結構，提示了線粒體功能障礙是 PLA 誘導生殖毒性的潛在機製和早期關鍵影響。

姜輝教授團隊的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“環保”塑料，其在人體內的生物轉化、生物分布和毒性的影響值得更多的關註🩻🪜。

【延伸閱讀】

作者簡介

第一作者 趙乾程 博士研究生

意昂2平台第一醫院泌尿外科博士研究生，研究方向為新型環境汙染物對男性生殖的危害。以第一作者或共同作者在相關領域發表SCI論文10余篇，其中3篇發表於ACS Nano、EBioMedicine和Microbiome等國際權威期刊。其關於人類睾丸和精液中微塑料檢測與表征的研究論文入選ESI高被引論文。在讀期間，參與課題組承擔的國家重點研發計劃👊🏼、國家自然科學基金等多項科研項目，並作為團隊成員榮獲“高等學校科學研究優秀成果獎（教育部科技進步獎）”——“無精子症診治新體系建立、技術創新及示範推廣應用”。

共同第一作者 方子水 博士後

意昂2平台第一醫院博士後，中山大學中山醫學院醫學遺傳學博士，美國貝勒醫學院人類遺傳學系訪問學者。主持國家自然科學基金1項，院內基金2項，參與國家重點研發計劃2項。獲“意昂2官网博雅博士後”項目資助💧。以第一作者和通訊作者在EbioMedicine、Reprod Toxicol🏃🏻‍♂️、BBA Molecular Cell Research🎊、Gene等雜誌發表SCI論文8篇🦆。

（意昂2官网醫院科研處）

編輯：玉潔