长期暴露于聚苯乙烯纳米塑料引发小鼠睾丸早衰及年龄依赖性损伤的多组学解析

《Particle and Fibre Toxicology》：Multi-omics analysis of testis after long-term exposure to polystyrene nanoplastics reveals premature testicular aging and age-dependent damage in mice

本研究针对纳米塑料（NPs）作为新兴污染物对男性生殖健康的威胁，通过长期暴露实验揭示聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）可诱导年轻小鼠睾丸早衰，并加剧老年小鼠睾丸损伤。研究人员综合运用组织病理学、蛋白质组学、代谢组学及原代细胞实验，发现PS-NPs通过干扰RNA代谢、下调清道夫受体B类I型（SR-BI）抑制睾酮合成，导致生殖功能衰退。该研究为阐明NPs的年龄特异性生殖毒性机制提供了关键证据，对评估环境污染物风险及制定生殖保护策略具有重要意义。

　　

随着塑料制品的广泛使用，环境中难以降解的塑料碎片逐渐分解为微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。这些粒径小于100纳米的NPs因体积小、比表面积大，更易穿透生物屏障，在人体多个器官中积累。近年研究发现，NPs可侵入男性生殖系统，存在于人类睾丸和精液中，并诱发睾丸损伤和精子质量下降。然而，NPs对不同年龄段男性生殖功能的长期影响及其分子机制尚不明确。为此，冯宏瑞等人在《Particle and Fibre Toxicology》发表研究，通过多组学技术系统揭示了PS-NPs暴露导致小鼠睾丸早衰和年龄依赖性损伤的机制。

本研究主要采用以下关键技术：

1. 1.
   动物模型构建：对3月龄（年轻）和17月龄（老年）C57BL/6J雄性小鼠进行为期3个月的口服PS-NPs（50纳米，2.5毫克/千克/天）暴露；
2. 2.
   组织病理与功能分析：通过H&E染色、Masson三色染色和TUNEL凋亡检测评估睾丸结构与细胞变化，利用计算机辅助精子分析（CASA）检测精子数量和运动能力；
3. 3.
   分子机制探索：结合4D标记自由蛋白质组学和代谢组学筛选差异表达蛋白及代谢通路，并通过原代Leydig细胞实验验证SR-BI在睾酮合成中的作用；
4. 4.
   统计学分析：采用ANOVA和Tukey检验进行多组比较，以P<0.05为显著性阈值。

长期暴露于PS-NPs对老年小鼠生精小管的损伤更严重

PS-NPs暴露导致年轻和老年小鼠生精小管结构严重破坏，表现为生殖细胞大量丢失、基底膜断裂及胶原沉积。老年小鼠暴露后出现更多仅存Sertoli细胞的生精小管，且基底膜损伤程度显著高于年轻小鼠。

精子数量与质量在老年小鼠中下降更明显

PS-NPs暴露使年轻和老年小鼠精子畸形率显著升高，头部、颈部和尾部异常精子比例增加。老年暴露组精子数量减少约50%，总运动力和前向运动力均显著受损，表明年龄因素加剧了PS-NPs的生殖毒性。

细胞增殖减少与凋亡增加共同导致生殖细胞丢失

TUNEL检测显示PS-NPs暴露组睾丸细胞凋亡信号增强，老年组尤为明显。同时，增殖标志物Ki67和生殖细胞标志物DDX4的荧光强度下降，证实PS-NPs通过抑制增殖、促进凋亡引发生殖细胞过度损失。

蛋白质组学揭示年龄特异性分子变化

年轻小鼠暴露后差异表达蛋白（DEPs）主要富集于RNA剪接和代谢过程，而老年小鼠则表现为细胞外基质代谢和DNA修复通路紊乱。老年组中γ-H2AX（DNA损伤标志）表达升高，ATM1和EndoG（DNA修复蛋白）下调，提示老年睾丸更易遭受DNA完整性破坏。

PS-NPs诱导年轻小鼠睾丸早衰

年轻暴露组与老年对照组共有69个DEPs，涉及RNA加工和核质运输通路。衰老相关基因p53、p16及炎症因子Tnf^α、Tgf^β表达上调，干细胞标志Gfra1、Plzf下调，同时核纤层蛋白Lamin B1减少，证实PS-NPs引发年轻小鼠睾丸早衰表型。

PS-NPs通过下调SR-BI抑制睾酮合成

代谢组学显示PS-NPs干扰胆固醇代谢和睾酮合成通路。年轻暴露组SR-BI蛋白表达下降，血清睾酮水平降低，而睾酮合成酶基因未受影响。原代Leydig细胞实验中，PS-NPs剂量依赖性抑制SR-BI表达，过表达SR-BI可逆转睾酮合成障碍，明确SR-BI是PS-NPs生殖毒性的关键靶点。

结论与讨论

本研究首次通过多组学整合分析阐明PS-NPs在不同年龄段小鼠睾丸中的毒性机制：年轻小鼠主要表现为RNA代谢紊乱和睾酮合成障碍，导致睾丸早衰；老年小鼠则因细胞外基质代谢和DNA修复系统受损，生殖损伤进一步加剧。环境剂量PS-NPs的长期暴露可模拟自然衰老过程，提示纳米污染对男性生殖健康存在累积性和年龄依赖性风险。研究成果为制定针对性生殖保护策略提供了理论依据，如保护mRNA代谢和睾酮合成通路可能缓解NPs对年轻男性的生殖危害。未来需拓展多聚合物、多剂量及恢复期研究，以全面评估纳米塑料的生殖风险。