上海交大Bio-X研究院吴际团队揭示聚苯乙烯纳米塑料干扰卵巢发育的新机制

微塑料与纳米塑料（M/NPs）作为广泛存在于空气、水源和食物链中的新兴环境污染物，其对人类健康的潜在风险已引发全球范围内的密切关注。越来越多的证据表明，M/NPs可在动物的性腺中积累并损害生育能力。然而，这些微小颗粒究竟如何影响生殖系统的发育，其组织特异性靶点和细胞层面的具体机制仍不明确。

2026年2月，上海交通大学Bio-X研究院吴际教授团队在《Journal of Hazardous Materials》上在线发表了题为“Polystyrene nanoplastics disrupt ovarian development via cytoskeletal remodeling and epigenetic reprogramming particularly in granulosa cells”的研究论文。该研究结合体内外模型，系统解析了聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）对青春期雌性小鼠卵巢发育的毒性机制，发现颗粒细胞（granulosa Cells, GCs）是纳米塑料靶向作用的主要细胞群，并阐明其通过诱导细胞骨架重塑与表观遗传重编程破坏生殖功能的核心路径。

研究团队对青春期雌性小鼠进行为期35天的PS-M/NPs （100 nm与5 µm）暴露，发现其生殖毒性具有显著尺寸依赖性：与微米级塑料相比，100 nm的PS-NPs更易进入卵巢组织，导致小鼠体重增长减缓、卵巢体积缩小、卵泡发育紊乱以及性激素水平失衡。为精准识别受影响细胞及其分子变化，研究团队采用单细胞转录组测序（scRNA-seq）对卵巢中七种主要细胞类型进行无偏倚分析，发现颗粒细胞为PS-NPs作用的关键靶细胞。PS-NPs暴露导致早期前颗粒细胞比例显著下降，分化轨迹受阻，同时晚期颗粒细胞中凋亡标志物（Gpx3, Foxo1）表达上调，为卵泡发育障碍提供了细胞层面的解释。细胞间通讯分析提示，雄烯二酮信号通路的紊乱可能与激素失衡相关。此外，颗粒细胞在纳米塑料暴露后呈现显著的转录组变化，其中编码肌动蛋白细胞骨架关键调控因子的FSCN1基因表达失调，为后续机制探索提供了重要线索。

体外实验进一步证实尺寸依赖性效应：仅100 nm的PS-NPs可被颗粒细胞有效内吞，直接导致细胞周期阻滞、坏死性凋亡及激素分泌功能障碍。借助原子力显微镜，团队观察到纳米塑料进入细胞后，颗粒细胞内F-肌动蛋白（F-actin）骨架发生异常重塑，细胞刚度显著增加。进一步研究发现，这种物理性损伤伴随细胞核内与染色质开放性密切相关的组蛋白修饰（H3K4me3, H3K27ac）水平发生明显变化。

为完整构建“物理损伤-基因表达”调控轴，研究团队整合了ATAC-seq（染色质开放性测序）与RNA-seq（转录组测序）数据，确认纳米塑料改变了颗粒细胞的染色质开放状态，并锁定STAT1为响应纳米塑料暴露的核心转录因子，介导表观遗传改变与下游基因的异常表达。

图示 聚苯乙烯纳米塑料通过细胞骨架重塑和表观遗传重编程干扰卵巢发育，尤其在颗粒细胞中表现显著

综上，该研究绘制了纳米塑料介导卵巢毒性的单细胞分辨率图谱，揭示其生殖毒性具有显著的大小依赖性，并提出全新毒性模型：纳米塑料通过物理性内吞，诱导细胞骨架重塑，进而通过力学信号转导影响染色质开放性及表观遗传修饰，激活STAT1等转录因子，最终导致细胞功能障碍与生殖损伤。这一发现在分子与表观遗传层面揭示了微/纳塑料对哺乳动物繁殖的影响，从生物力学与表观遗传学的视角引入环境健康风险评估，为理解环境污染物生殖毒性机制提供了新思路。

本论文的第一作者为刘梦瑶博士研究生。通讯作者为吴际讲席教授、李小勇副研究员和农业与生物学院的GENG TIAN副教授。该研究得到了国家重点研发计划和上海市及上海交通大学(2030计划)的科研项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141467

作者： Bio-X研究院 供稿单位： Bio-X研究院