近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所于泳研究员课题组在Journal of Hazardous materials发表了题为“Thyroid and parathyroid function disorders induced by short-term exposure of microplastics and nanoplastics: Exploration of toxic mechanisms and early warning biomarkers”的研究论文，报道了通过饮食和呼吸途径短期暴露的微米塑料和纳米塑料（MNPs）引起小鼠甲状腺和甲状旁腺功能失调及其机制，并探讨了甲状腺和甲状旁腺毒性早期预警生物标志物。研究结果强调了早期预测与环境污染物相关的潜在毒性以及实施有针对性的措施以降低污染物相关疾病发病率的重要性。
本研究采用气管滴注和灌胃两种方法模拟MPs和NPs通过呼吸和饮食两种暴露途径的小鼠模型。通过比较小鼠甲状腺激素、甲状旁腺激素以及甲状腺组织和甲状旁腺组织的切片，系统评估了MNPs对小鼠甲状腺和甲状旁腺毒性的影响。同时，对小鼠甲状腺和甲状旁腺组织进行转录组学分析，揭示了MNPs在小鼠甲状腺和甲状旁腺毒性作用的分子机理；最后，通过验证参与合成和释放甲状腺激素与甲状旁腺激素差异表达基因，明确了可用于预警与监测MNPs有害影响的早期生物标志物。
结果表明，短期通过饮食和呼吸两种途径暴露MNPs可对小鼠内分泌干扰起到干扰作用。其中，通过饮食途径暴露的MPs对小鼠甲状腺的毒性更大；通过呼吸暴露的NPs对甲状旁腺的毒性最高。转录组学分析和相关功能基因验证表明，MNPs通过干扰PAX8和CREB的表达来影响甲状腺球蛋白合成。此外，MNPs还通过影响TSH，进一步介导甲状腺激素分泌。在小鼠甲状旁腺中MNPs主要调控Mafb的表达以调节甲状旁腺细胞中PTH的合成。此外，MNPs还干扰钙信号通路中IP3R的表达，间接影响PTH的分泌。
微塑料/纳米塑料广泛存在于各种环境中，已在人类血液、粪便、肺部、血凝块和胎盘等样本中被检出。MNPs已知会损害消化、免疫、呼吸、生殖和神经系统。MNPs主要通过消化道进入人体，并随着血液循环传播至全身，这可能对器官产生不良影响并导致慢性疾病发生。迄今为止，关于MNPs毒性的研究主要集中在饮食暴露途径上。然而，在人体肺部发现了塑料纤维，表明呼吸也是MNPs进入人体的重要途径。因此，全面了解MNPs对人类毒性作用机制具有重要意义。
MNPs在局部和全身水平上可引发氧化应激、炎症和蛋白酶-抗蛋白酶水平的失衡。因此，本研究采用气管内滴注和灌胃两种方法构建MNPs小鼠模型，并通过系统比较小鼠甲状腺激素、甲状旁腺激素以及参与合成这些激素和甲状旁腺激素的差异表达基因的表达水平。该研究将为了解MNPs对内分泌系统影响提供深入见解，并为检测MNPs引起的人体内分泌系统损伤提供新的潜在生物标志物。
所有小鼠甲状腺组织病理学特征及甲状腺滤泡大小正常，甲状腺组织未见炎性细胞；所有处理组小鼠甲状旁腺结构完整，未见脂肪浸润，无癌性症状。通过气管滴注NPs处理的小鼠甲状旁腺的亲氧细胞数量增加。通过灌胃NPs处理的小鼠甲状旁腺轻主细胞的细胞质含量减少，伴有灶性增生。
通过饮食摄入MNPs的小鼠表现出甲状腺功能亢进，其中MPs处理的小鼠较NPs处理的小鼠的甲状腺功能亢进更明显。小鼠在通过呼吸暴露于MNPs后，只有用NPs处理的小鼠甲状腺功能表现出明显减退。无论MNPs的暴露途径如何，都会引起小鼠甲状旁腺功能减退，NPs引起的甲状旁腺功能减退比MPs更严重。综上所述，通过饮食摄取的MPs对小鼠甲状腺的毒性水平高于甲状旁腺，而通过呼吸获得的NPs对小鼠甲状旁腺的毒性高于甲状腺。
小鼠甲状腺和甲状旁腺功能障碍的诱导涉及一个复杂的过程，其中甲状腺功能的损伤可能涉及多种途径，包括能量代谢、钙信号通路、谷胱甘肽代谢。甲状腺通过接受垂体分泌的TSH素引发的一系列反应，将其合成的甲状腺球蛋白以T3和T4的形式释放到血液中。呼吸暴露的MNPs会影响PAX8和CREB的表达，进而影响TG的表达。通过灌胃处理的对小鼠甲状腺中TG表达水平的影响主要归因于PAX8的变化。此外，MNPs还影响小鼠脑垂体释放TSH水平，从而进一步影响THs分泌，对其甲状腺功能产生不利影响。无论以何种暴露途径MNPs都会对小鼠甲状旁腺功能造成损伤，MNPs主要通过调节Mafb表达对甲状旁腺细胞产生破坏作用，随后损害甲状旁腺细胞合成PTH的能力。MNPs还破坏甲状旁腺细胞钙信号通路中的IP3R表达，间接影响甲状旁腺细胞的PTH分泌过程。
小鼠通过饮食和呼吸途径短期暴露于MNPs，可诱导甲状旁腺功能障碍和结构损伤，以及甲状腺功能损伤。MNPs主要通过调节PAX8和CREB的表达影响小鼠甲状腺滤泡细胞中TG的合成。此外，MNPs还会影响小鼠脑垂体TSH水平，进而对THs分泌产生不利影响。MNPs主要通过调节Mafb的表达来对甲状旁腺细胞造成破坏作用，并削弱其合成PTH的能力。同时，MNPs也会破坏甲状旁腺细胞钙信号通路中IP3R的表达，从而间接影响这些细胞的PTH分泌过程。在评估与MNPs等持久性污染物相关的人类健康风险时，至关重要的是不仅考虑长期接触这些污染物所带来严重危害，还需考虑到在不可逆转损害发生之前由于短期接触可能引起器官特异性指标和功能基因改变。
