【研究背景导读】

随着全球塑料污染问题日益严峻，可降解塑料被广泛视为传统塑料的重要替代材料。其中，聚乳酸（Polylactic acid，PLA）已广泛应用于包装、农业及生物医学等领域。然而，“可降解”并不等于“生态安全”。在自然环境中，可降解塑料可能在光照、氧化及水解等作用下形成更小的塑料颗粒，其理化性质及潜在生物毒性也可能随环境老化而发生改变。

目前，微塑料生态毒理学研究主要关注肠道、肝脏和鳃等器官，而对循环血液系统的影响仍缺乏深入认识。血液不仅承担物质运输功能，还包含多种参与免疫防御及机体稳态维持的细胞群体。因此，血液能否作为监测微塑料潜在危害的敏感窗口，以及不同血细胞如何响应微塑料暴露，成为值得关注的科学问题。

【文章内容概要】

近日，香港城市大学王文雄团队在 Environmental Chemistry and Ecotoxicology 期刊上发表了题为“Rainbow trout blood as a hazard monitoring platform for biodegradable microplastics” 的研究论文。研究以虹鳟（Oncorhynchus mykiss）为模式生物，结合荧光生物成像与单细胞RNA测序技术，系统探索了聚乳酸微塑料（PLA BMPs）及其紫外老化颗粒（PLA-A BMPs）与血液细胞的相互作用，揭示了不同血细胞群体的分子响应及潜在通讯变化，为利用血液监测可降解微塑料的生态危害提供了新的研究视角。

 研究首先对PLA BMPs及其老化颗粒进行理化表征。经过30天模拟紫外老化，PLA颗粒的表面形貌和化学结构发生变化（图1A，B），FTIR分析显示羰基吸收峰展宽及羟基相关吸收增强，提示老化过程中发生了化学结构变化（图1C）。随后，研究利用聚集诱导发光（AIE）荧光标记技术追踪PLA颗粒（图1D，E）。共聚焦显微观察发现，暴露组虹鳟外周血细胞表面或附近出现颗粒相关荧光信号（图1F），为研究可降解微塑料与循环血细胞的相互作用提供了直观证据。

图1.在虹鳟外周血中检测到PLA BMPs的相关信号。(A, B)原始PLA BMPs和老化PLA-A BMPs的扫描电子显微镜图像。比例尺=10 μm。（C）PLA和PLA-A BMPs的FTIR光谱。（D，E）AIE标记的PLA和PLA-A BMPs的荧光及明场成像。比例尺=5 μm。（F）经暴露后虹鳟鱼尾静脉采血制备的全血涂片代表性图像。最右侧一列显示合并图像中黄色方框区域的单个红细胞放大视图；箭头指示与红细胞表面或附近相关的BMPs荧光颗粒。全血涂片图像的比例尺为10 μm，红细胞放大图像的比例尺为2 μm。

 通过单细胞RNA测序，研究鉴定出虹鳟外周血中的8类主要细胞群体，包括巨噬细胞—单核细胞（Mac-Mon）、树突状细胞(Dcs)、B细胞、T细胞、中性粒细胞、血栓细胞及其他细胞群体（图2A）。PLA暴露后，不同细胞群体的相对比例及基因表达发生差异性变化，其中树突状细胞、B细胞和中性粒细胞比例增加，而血栓细胞比例下降（图2B）。

差异表达基因分析进一步发现，Mac-Mon表现出较为突出的转录响应（图2C，D），提示其可能是血液应对微塑料刺激的重要免疫细胞群体。结果表明，微塑料暴露引起的血液响应并非局限于单一细胞类型，而是涉及多个具有不同生物学功能的细胞群体，体现出血液系统对环境污染物响应的复杂性和异质性。

图2.单细胞RNA测序揭示PLA微塑料暴露后虹鳟外周血细胞组成及转录特征的变化。（A）所有处理组中8种主要血液细胞群体的UMAP可视化图，包括T细胞、B细胞、中性粒细胞、血栓细胞、淋巴细胞、巨噬细胞-单核细胞（Mac-Mon）、树突状细胞（DCs）和内皮细胞。（B）各类细胞相对丰度的定量分析。数据以均值±标准误表示（n=3）。“*”表示p<0.05具有显著差异，“**”表示p<0.01具有极显著差异。（C，D）与对照组相比，PLA或PLA-A处理组的差异表达基因（DEGs）分析。

 显微成像显示，PLA暴露组中的部分Mac-Mon样细胞与荧光微塑料颗粒相邻分布，而PLA-A组中则观察到其与形态异常红细胞相邻的现象（图3A）。差异表达基因及功能富集分析发现，Mac-Mon的多条免疫和应激相关通路发生变化（图3B–D）。进一步的细胞亚群分析揭示了该群体内部不同的转录状态（图3E），表明Mac-Mon对微塑料暴露具有异质性响应，可能参与血液中的早期免疫防御过程。

图3. PLA微塑料暴露下Mac-Mon的形态观察、功能富集及细胞亚群分析。 （A）共聚焦显微镜图像显示PLA组和PLA-A组中的Mac-Mon细胞，箭头指示发生形态改变的红细胞。比例尺=10 μm。（B）与对照组相比，Mac-Mon细胞在暴露于PLA或PLA-A后DEGs的火山图。（C，D）DEGs的GO和KEGG富集分析表明免疫和应激反应通路的变化，包括吞噬作用、炎症调节和细胞损伤响应。（E）Mac-Mon细胞亚群分析显示不同的转录状态，提示该细胞群体对微塑料暴露具有异质性响应。

 细胞间通讯分析显示，PLA暴露后，多种血细胞之间预测的信号交流数量及强度发生变化（图4A，B）。其中，被注释为内皮细胞的群体表现出值得关注的预测信号连接变化（图4C，D），涉及细胞黏附、细胞间连接及稳态维持等相关通路（图4E，F）。这些结果提示，微塑料暴露的潜在影响不仅涉及单一细胞的分子响应，还可能改变不同血细胞之间的协调与信号交流。

 

 图4. PLA微塑料暴露后虹鳟外周血细胞间预测通讯网络及相关信号通路变化。(A)对照组与PLA组之间的细胞间相互作用网络差异比较。(B)各细胞类型之间的输入和输出相互作用强度。点的大小与细胞丰度成正比。(C，D)不同细胞类型中特定通路的输入和输出信号模式热图。（E）全局信息流分析，用于量化关键配体-受体通路对整体网络的贡献。蓝色表示上调，红色表示下调。（F）潜在机制示意图：PLA BMPs通过增强输入的免疫和黏附信号，促进内皮细胞激活，从而改变输出通信，可能影响白细胞相互作用及血管稳态。

 显微观察发现，与对照相比，PLA-A暴露组中部分红细胞表现出更加明显的形态异常，包括细胞形状不规则、收缩及疑似细胞膜损伤等现象（图5A）。与此同时，单细胞分析发现，PLA-A暴露组部分与细胞黏附、信号交流和稳态维持相关的通路发生改变（图5B-D），反映出老化微塑料可能影响更广泛的血液细胞响应过程。这些结果共同表明，可降解塑料的潜在生物危害并非由其原始材料性质单独决定，环境老化过程同样可能改变其与生物体的相互作用。

 

图5.紫外老化PLA微塑料暴露后虹鳟红细胞形态及血液细胞间预测通讯模式的变化。（A）对照组与PLA-A组红细胞的明场图像。比例尺=10 μm。（B）与对照组相比，PLA-A组CDH-和VWF介导通路的细胞间通讯网络。（C）关键信号通路的整体信息流分析。（D）PLA-A组各细胞类型在不同通路中的传出信号强度。

 综上，本研究通过荧光生物成像与单细胞转录组技术的结合，从血液细胞组成、基因表达及预测细胞间通讯等多个层面，系统探索了可降解PLA微塑料对虹鳟外周血细胞的潜在影响。研究揭示了不同血细胞群体对微塑料暴露的差异性响应，强调了Mac-Mon细胞群在血液免疫响应中的潜在作用，并发现环境老化可能进一步改变PLA微塑料的生物学效应。研究将微塑料生态毒理学的关注点由传统靶器官拓展至循环血液系统，提出将血液作为微塑料危害监测平台的新思路，为深入理解可降解塑料的生态风险及开发血液生物监测方法提供了科学参考。

 【原文链接】

Difei Tong and Wen-xiong Wang, Rainbow trout blood as a hazard monitoring platform for biodegradable microplastics, Environmental Chemistry and Ecotoxicology (2026), ISSN 2590-1826, https://doi.org/10.1016/j.enceco.2026.09.003

【作者介绍】

通讯作者：王文雄 教授，香港城市大学

第一作者：童迪菲 博士研究生，香港城市大学能源与环境学院

【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。

期刊已被ESCI、Scopus、Ei Compendex、BIOSIS Previews、Biological Abstracts、CAS、DOAJ、GEOBASE等数据库收录。《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。中国科学技术协会正式发布《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》（2025版），Environmental Chemistry and Ecotoxicology 荣列TOP期刊。IF 2025 12.3，连续三年稳居JCR Environmental Sciences领域Top 10%，Toxicology Top 5 。2026年入选世界一流科技期刊目录。

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