《Frontiers in Toxicology》：Testicular mitochondrial redox imbalance and impaired oxidative phosphorylation underlie microplastic-induced testicular dysfunction in Wistar rats
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本研究发现聚乙烯微塑料（PE-MPs）通过抑制三羧酸循环（TCA）关键酶（CS、IDH、SDH）和电子传递链（ETC）复合体I-IV活性，破坏睾丸线粒体氧化磷酸化（OXPHOS），引发氧化应激（MDA↑、MPO↑、NO↑）和抗氧化系统（GSH、CAT、SOD、GST）耗竭，导致精子质量下降（活力/存活率↓、畸形率↑）、睾酮水平降低78%及睾丸组织病理学损伤，为微塑料生殖毒性提供了线粒体机制新见解。
1 引言
聚乙烯微塑料（PE-MPs）作为环境中广泛存在的污染物，可通过生物屏障进入循环系统并累积于睾丸组织。睾丸因精子发生和类固醇合成的高能量需求，对线粒体功能异常尤为敏感。尽管聚苯乙烯微塑料的生殖毒性已有报道，但PE-MPs对睾丸线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）和氧化还原稳态的影响尚未系统阐明。本研究通过体内实验首次揭示PE-MPs通过干扰睾丸线粒体生物能量代谢诱发雄性生殖功能障碍的机制。
2 材料与方法
将15只雄性Wistar大鼠随机分为对照组、15 mg/kg和60 mg/kg PE-MPs灌胃组，连续暴露28天。分离睾丸线粒体后，检测三羧酸循环（TCA）酶（ citrate synthase, CS; isocitrate dehydrogenase, IDH; succinate dehydrogenase, SDH; malate dehydrogenase, MDH）和电子传递链（ETC）复合体I-IV活性；评估氧化应激指标（MDA、MPO、NO）和抗氧化水平（GSH、CAT、SOD、GST）；分析精子参数、血清睾酮及睾丸组织病理变化。
3 结果
3.1 睾丸线粒体氧化磷酸化紊乱
PE-MPs呈剂量依赖性抑制TCA循环酶活性：60 mg/kg组CS、IDH、SDH活性分别降低41.5%、37.9%和47.1%（P < 0.05），而MDH无显著变化。ETC复合体I-IV活性同步受损，复合体IV活性下降46.8%（P < 0.05），表明线粒体电子传递与ATP合成全面受阻。
3.2 线粒体氧化还原失衡
60 mg/kg组脂质过氧化产物MDA升高250%，MPO活性增加135%，NO水平上升55%（P < 0.05）；同时抗氧化防御系统崩溃：GSH减少39%，CAT、SOD、GST活性分别下降45%、43%和40%，提示氧化/硝化应激与炎症反应共同参与睾丸损伤。
3.3 精子功能与睾酮水平恶化
高剂量PE-MPs使精子存活率和运动力分别降低42%和60%，精子浓度下降73%，畸形率（尤其尾部异常）增加6倍。血清睾酮水平暴跌78%，睾丸、附睾和精囊重量显著减轻（P < 0.05），表明生精功能与内分泌同步受损。
3.4 睾丸组织病理学损伤
组织学显示对照组生精小管结构完整，而60 mg/kg组生精细胞严重缺失、小管结构紊乱、间质水肿，Johnsen评分显著降低（P < 0.05），证实PE-MPs诱发睾丸退化。
4 讨论
本研究首次在体内层面证实PE-MPs通过双重机制损害睾丸功能：一方面直接抑制线粒体OXPHOS关键酶活性，减少ATP供应；另一方面诱发氧化还原失衡，导致精子膜脂质过氧化和类固醇合成障碍。线粒体功能崩溃与氧化应激的恶性循环可能是PE-MPs生殖毒性的核心机制。尽管实验剂量高于环境暴露水平，但结果为低剂量长期暴露的风险评估提供了关键生物标志物。
5 结论
PE-MPs通过破坏睾丸线粒体氧化磷酸化与氧化还原稳态，导致精子发生异常、睾酮合成抑制及睾丸结构损伤，凸显了微塑料污染对雄性生殖健康的潜在威胁。
6 局限性
未直接测量线粒体呼吸速率、ATP产量及ROS生成；实验剂量缺乏环境相关性；精子分析依赖人工评估。未来需结合高分辨率呼吸测量技术及低剂量慢性暴露模型深化机制研究。
