【研究背景导读】

纳米塑料（NPs，粒径小于 1000 纳米的塑料颗粒）多由微塑料降解生成，一般具有更高的生物可及性，能穿透生物屏障实现跨器官转运与器官累积，呈现器官特异性动力学特征（如肠道快速蓄积排出、脑部长期滞留），并引发肠道损伤、神经毒性等器官特异性毒性，但这种尺寸驱动的跨器官转运机制尚未明确。现有研究中，荧光标记技术因光稳定性差、检测限高、易受自发荧光干扰，难以实现NPs的精准定量。而金属标记技术结合电感耦合等离子体检测技术，凭借高灵敏度已成功应用于低浓度NPs的组织定量，为相关研究提供了技术支撑，但水生动物体内NPs跨器官转运动力学的定量研究仍较为匮乏。

【文章内容概要】

近日，香港城市大学能源与环境学院王文雄教授团队在Environmental Chemistry and Ecotoxicology期刊上发表题为“Deciphering Size-Dependent Inter-Organ Translocation of Nanoplastics in Fish Using Metal-Labeled Proxies and Physiologically Based Toxicokinetic Modeling”的研究论文。论文采用金属标记 NPs技术 ，在环境相关浓度下，通过水相暴露（100 μg/L）和食物相暴露（1000 μg/kg）两种途径，追踪了两种尺寸 NPs（200 nm L-NPs 与 50 nm S-NPs）在斑马鱼体内的蓄积、分布及净化过程。研究构建了包含血液、脑、鳃、肠、肝、性腺和残体 7 个房室的生理毒代动力学（PBTK）模型，该模型能精准描述NPs在各房室的毒代动力学过程（整体 R²值为 0.916-0.993）。通过量化器官交换速率，发现NPs粒径是跨器官转运能力的关键决定因素，小尺寸NPs的转运能力更强。模型从数学层面证实，鳃是水相NPs的主要摄取途径（平均贡献率 > 70%），而无论暴露途径如何，肠均为主要排出途径。模型结果还表明NPs存在肠肝循环现象，且小尺寸NPs的循环能力更显著。不同器官的生物半衰期存在差异，导致组织特异性残留模式：暴露期间NPs主要分布于肠，而净化后则以残体等长半衰期器官的残留为主。该研究建立了NPs跨器官转运的定量研究框架，阐明了尺寸驱动的组织特异性蓄积机制及不同暴露途径下的环境风险，为NPs的环境风险评估提供了重要科学支撑。

模型的基本定义：构建PBTK模型以描述斑马鱼体内NPs的摄取、分布及排出过程（见图 1）。图中各器官均视为独立房室，以便计算每个房室中NPs的动力学特征。本研究未考虑聚苯乙烯（PS）NPs 的转化过程，因其属于惰性颗粒。水相暴露途径中，NPs 首先被鳃和肠吸收，随后进入循环系统；食物相暴露途径中，NPs 通过肠吸收。NPs 可通过鳃和肠排出体外。血液作为中央转运载体，将NPs输送至肝脏、残体、性腺和脑等其他器官，因为已有研究证实鱼类体内这些器官均能检测到 NPs。上述每个器官均被视为独立房室，不同房室间的物质通量代表NPs在鱼类器官中的分布和排出路径。速率系数 k (i,j)（d⁻¹）表示NPs从源房室 i 向受体房室 j 的每日转移速率。

水相NPs暴露：本研究通过4天水暴露加7天净化实验，探究了L-NPs和S-NPs两种尺寸NPs在斑马鱼 7 种组织中的生物蓄积与净化特征。结果显示，两种NPs的器官蓄积顺序一致，均为肠 > 鳃 > 肝 > 性腺 > 脑 > 残体，其中肠始终是最高蓄积器官，鳃和肝为核心蓄积部位。除肠外，S-NPs 在其余所有组织中的蓄积量均高于 L-NPs，印证了小尺寸NPs更强的组织穿透能力。血液定量数据显示，S-NPs 的血液浓度（1.91±0.20 μg/g）显著高于 L-NPs（0.67±0.02 μg/g），提示小尺寸NPs循环滞留时间更长，可为次级器官输送提供持续储库。净化阶段，肠、鳃和肝的NPs清除率最高（84%-99%），而脑和性腺的净化效率显著偏低，反映出器官特异性的清除机制差异。

食物相暴露NPs：本研究探究了食物相暴露下L-NPs和 S-NPs在斑马鱼体内的生物蓄积与净化特征。结果显示，仅在肠、鳃、肝中检测到 NPs，两种尺寸NPs的蓄积顺序均为肠 > 肝 > 鳃，其中肠组织蓄积量显著高于其他器官，且 L-NPs 的肠蓄积浓度（35.2±11.2 μg/g）远高于 S-NPs（9.80±1.89 μg/g），印证了大尺寸NPs更易在肠道滞留的尺寸依赖性特征。与水相暴露对比发现，食物相下肠组织NPs浓度显著更高，但非肠器官（如脑、性腺）的蓄积量显著偏低（P<0.05），提示仅肠道转运难以实现NPs的全身分布，鳃吸收等其他途径对器官特异性蓄积具有重要贡献。净化阶段，肠、鳃、肝的NPs清除率均较高，肠组织清除率达 99%，肝和鳃清除率在 68%-82% 之间，表明膳食暴露摄入的NPs可通过这三个器官有效排出体外。

NPs生物累积的贡献分析：分析了水相暴露下 L-NPs 和 S-NPs 在斑马鱼体内的残留特征及蓄积贡献因素。暴露期内，两种NPs均以肠组织残留占比最高，但 L-NPs（83.9±2.9%）远高于 S-NPs（51.3±1.9%）。而 S-NPs 在鳃、脑、性腺等其他组织的占比显著更高，体现了小尺寸NPs更强的组织穿透能力。净化期后，组织残留比例发生逆转，肠组织因生物半衰期极短（0.8±0.1 天），残留占比大幅下降，而残体、脑、性腺等长半衰期器官成为残留主导。其中，卵巢和脑的长半衰期（分别为 5.1-19.2 天和 7.4-16.9 天）意味着NPs可能长期滞留，存在母体转移和神经毒性风险。贡献因素分析表明，鳃是NPs的主要摄取器官（进入血液的贡献占比更高），肠是主要排泄途径（排泄贡献显著高于鳃）。研究还指出，与微塑料不同，NPs的组织穿透性使其可能通过水产品消费对人类健康构成威胁，而不同尺寸NPs的组织特异性滞留差异，也为生态风险评估提供了关键考量依据。本研究明确了NPs体内残留的尺寸依赖性规律及关键影响因素，为全面评估其环境与健康风险奠定了基础。

综上，本研究首次针对鱼类NPs暴露，开发了纳入水相暴露和食物相双途径的七房室PBTK模型，结合金属标记技术实现了环境相关浓度下NPs的器官定量分析，模型拟合度优异。该研究的创新价值在于建立了NPs跨器官转运的定量机制框架，明确了尺寸依赖性和暴露途径对NPs体内动力学的关键影响，揭示了组织特异性蓄积与残留的核心驱动因素。研究成果为解析NPs的环境行为与毒理机制提供了新的方法学支撑，也为精准评估NPs的生态风险及水产品消费相关的人类健康风险奠定了重要科学基础。

【原文链接】

Lanpeng Yang and Wen-xiong Wang*, Deciphering size-dependent inter-organ translocation of nanoplastics in fish using metal-labeled proxies and physiologically based toxicokinetic modeling. 2025, 7, 2509-2518.https://doi.org/10.1016/j.enceco.2025.10.002

  【期刊介绍】

Environmental Chemistry and Ecotoxicology (缩写ENCECO) 主要聚焦化学品在全球环境中的传输规律及其在生态系统中的毒性机制，生物体中的生物利用度和生物蓄积性，食物链中的生物放大，以及生态系统分析中的新技术和新方法、跨学科生态毒理学信息的处理方法等。期刊主要研究方向包括：环境化学、生态毒理学、环境修复、风险评估等。

根据科睿唯安发布2023年度期刊引证报告，Environmental Chemistry and Ecotoxicology首个影响因子为9.0，在ENVIRONMENTAL SCIENCES和Toxicology学科领域均位于Q1区。《2025年中国科学院文献情报中心期刊分区表》正式发布，Environmental Chemistry and Ecotoxicology 荣列大类：环境科学与生态学1区，Top期刊；小类：ENVIRONMENTAL SCIENCES 环境科学1区；TOXICOLOGY 毒理学1区。