近日，华南农业大学海洋学院王俊教授、黄晓红研究员团队围绕微/纳米塑料诱导铁死亡的毒性机制及其水产养殖风险开展研究，在国际期刊 Reviews in Aquaculture发表题为“Ferroptosis Induced by Micro/Nanoplastics: Mechanisms, Toxic Effects, and Implications for Aquaculture”的综述论文。该论文系统梳理了微/纳米塑料诱导铁死亡的分子机制、器官毒性效应及其对水产养殖的风险启示，归纳了氧化应激与脂质过氧化、铁稳态破坏、GPX4抗氧化系统失活及关键信号通路调控等作用主线，并面向养殖生产实践提出了分级监测预警框架与可行干预策略，为评估微/纳米塑料健康风险、制定可持续水产养殖管理策略提供了理论依据。论文第一作者为海洋学院博士研究生植林勇，通讯作者为王俊教授和黄晓红研究员。
微塑料和纳米塑料已成为全球水环境中最受关注的新兴污染物之一。水产养殖环境因塑料制品使用量大、养殖强度高、水交换有限和沉积物再悬浮等因素，成为微/纳米塑料污染的高风险区域。相较于哺乳动物铁死亡研究，水产动物微/纳米塑料毒性领域仍处于起步阶段，缺乏将分子机制与器官特异性毒性效应系统整合的综述。团队结合文献综述、机制归纳、器官毒性证据梳理和水产养殖风险分级，系统解析微/纳米塑料诱导铁死亡的分子机制及其器官毒性效应，并探索面向养殖场的监测预警与干预路径，为推进该领域研究和养殖实践应用奠定基础。
一、机制解析：MNPs通过四条主线诱导铁死亡
综述在机制层面将MNPs诱导铁死亡归纳为四条主线。
其一，氧化应激与脂质过氧化。纳米颗粒经内吞进入细胞并在溶酶体、线粒体蓄积，微米颗粒主要通过机械应力作用于质膜，产生初级ROS；但ROS升高本身不足以触发铁死亡，需伴随游离铁池升高，经Fenton反应将H₂O₂转化为高活性·OH，使细胞由氧化应激状态转变为铁死亡易感状态，ACSL4与LPCAT3协同将PUFA掺入膜磷脂，扩大过氧化底物池。其二，铁稳态破坏。MNPs上调转铁蛋白受体增强铁摄取，激活NCOA4介导的铁蛋白自噬促进储存铁释放，下调线粒体铁硫蛋白CISD1造成线粒体铁超载，并可能抑制铁外排蛋白FPN1，多途径叠加导致胞质与线粒体游离Fe²⁺过度蓄积。其三，GPX4抗氧化防御系统失活。MNPs从多层面破坏SLC7A11-GSH-GPX4轴，抑制SLC7A11转录、降低GPX4活性、干扰信号通路调控，导致GSH耗竭和脂质过氧化物清除能力丧失。其四，关键信号通路调控。Nrf2通路作用具有情境依赖性，急性激活通常保护细胞，但持续或过度激活可通过靶基因HMOX1降解释放游离Fe²⁺，反而促进铁死亡；p53/Fosl1轴在纳米塑料特异性毒性中起关键作用，MAPK通路亦参与其中。
图 微/纳米塑料（MNPs）通过细胞内过量氧化应激触发铁死亡的分子机制
FIGURE 1 | Molecular mechanism by which MNPs trigger ferroptosis through excessive oxidative stress in cells.
构效关系方面，纳米颗粒主要通过内吞和胞内相互作用诱导铁死亡，微米颗粒主要通过表面相互作用、机械应力和代谢干扰发挥作用，最终结局还受聚合物类型、表面电荷、形状、老化历史和蛋白冠形成共同调制。例如氨基修饰的PS-NH₂通常表现出更强的细胞毒性和组织蓄积；环境老化引入含氧官能团，改变表面电荷与亲疏水性，进而影响膜相互作用和摄取效率。水产养殖环境中的老化过程具有独特性，强紫外辐射、盐度波动、机械磨损、快速生物膜定植、残饵调理膜形成和消毒剂氧化等，使养殖环境中回收的MNPs理化性质可能明显不同于实验室原始颗粒，其对铁死亡诱导的意义尚待研究。
二、器官毒性：MNPs诱导铁死亡造成多器官损伤，复合污染放大风险
在器官水平上，MNPs诱导的铁死亡与肠道、性腺、肝脏、心血管系统、神经系统、鳃及免疫器官损伤密切相关。肠道是口服摄入MNPs的首要靶器官，铁死亡参与肠屏障破坏，可能增加疾病易感性和降低饲料效率；MNPs可跨越生物屏障在性腺蓄积，HPG轴是生殖毒性的主要靶点，亚致死生殖毒性可转化为育苗产量下降、苗种质量降低等经济损失，跨代效应值得关注；鱼类肝脏、甲壳类肝胰腺、双壳类消化腺功能存在差异，哺乳动物肝细胞证据不能直接外推；斑马鱼模型显示MNPs可致心包水肿、心率改变、血管发育受损，并伴铁死亡特征；PS-NPs可进入侧线毛细胞诱导铁死亡，母体暴露可致子代脑内颗粒蓄积、铁超载和运动缺陷；此外还涉及肾脏、鳃与黏膜屏障、免疫器官等。值得注意的是，MNPs诱导的免疫器官毒性在不同类群间并不均一：鱼类脾脏已获机制验证，甲壳类肝胰腺呈情境依赖，双壳类血细胞则表现出表面电荷特异性。
复合污染方面，MNPs作为载体吸附重金属和有机污染物，通过载体效应增强生物蓄积，在分子层面形成“双重打击”，在亚细胞器层面放大损伤并形成恶性循环，在组织器官层面可能经“肠—肾轴”“肠—肝轴”实现跨器官传递。重金属与有机污染物的联合暴露会进一步加剧MNPs诱导的铁死亡损伤。
三、面向养殖实践：提出分级监测预警框架与可行干预策略
面向水产养殖实践，综述提出了分级监测预警框架。建议按组织/器官类型而非特定物种建立采样方案：常规非致死筛查可采用血清/血浆或血淋巴、鳍条或鳃活检、皮肤黏液；确认性分析可在计划性淘汰或死亡事件时采集肝脏/肝胰腺/消化腺、肠道、性腺、脾/头肾等。监测频率建议至少每季度开展基线筛查，在饲料更换、疾病暴发、极端天气或水质恶化时触发采样，高风险系统可每月或每两月监测。MDA和GSH可作为一线非特异性氧化应激筛查指标，铁死亡确认至少需两项铁死亡特异性终点。
风险分级方面，集约化池塘养殖和近岸网箱养殖因依赖塑料设施、放养密度高、水交换有限，面临最高风险；循环水养殖系统虽初始塑料负荷较高，但可通过水处理技术部分缓解暴露。可行干预措施包括饲料添加抗氧化剂（硒、维生素E、虾青素、植物多酚、益生菌等）、饲料质量管控、循环水系统水处理以及定期检查和更换老化塑料设施。药理性铁死亡抑制剂虽具有机制验证价值，但受成本、给药途径和法规限制，暂不适合直接用于生产系统。
经济与食品安全维度同样值得关注。铁相关肠功能障碍可提高饲料转化率和成本，免疫抑制可增加疾病暴发和治疗成本，生殖毒性可减少育苗产出；MNPs及其相关脂质过氧化产物可沿食物链传递至消费者，消费者认知上升可能影响市场需求和产品信任度。小养殖户往往缺乏更换设施或投资水处理的资金，需要技术支持与财政激励的政策框架。
四、研究展望：聚焦环境相关浓度与跨学科整合，推动铁死亡研究走向养殖场
综述指出，当前MNPs诱导铁死亡研究仍处于早期阶段，长期暴露研究不足，实验室暴露浓度常比养殖池塘实测浓度高数个数量级，未来应优先开展环境相关浓度下的慢性暴露实验。聚合物类型、粒径分布、表面修饰和环境老化等因素缺乏系统研究，目前研究主要集中于聚苯乙烯，需建立环境相关MNPs标准品库并系统分析多参数构效关系；体外与体内机制验证仍存在差距，亟需结合暴露组学与代谢组学开展大规模前瞻性研究；跨代遗传和发育毒性有待深入；基于铁死亡的干预策略仍处于起步阶段，未来应开发靶向MNPs毒性通路的干预分子，并结合纳米递送系统增强靶向性。
综述强调，跨学科研究是推进该领域的关键，需整合环境科学、毒理学、细胞生物学、医学和材料科学，系统解析MNPs与生物系统的复杂相互作用。该综述有望推动铁死亡研究从实验室走向养殖场，为水产养殖应对塑料污染这一广泛现实问题提供科学支撑。
作者简介
王俊（通讯作者），华南农业大学院长，教授，博士生导师，海洋学院海洋资源与环境学科学术带头人，广东省“珠江学者”特聘教授、中科院引进海外杰出人才A类“百人计划”学者。长期从事污染生态学及相关学科的教学及科研工作，近年来，在环境科学，环境污染化学，环境微生物学、环境修复以及食品质量与安全等方面取得了一系列创新研究成果，是国际国内水环境微塑料污染领域知名的研究学者。主持完成的国家及省部级科研项目20余项。已发表论文300余篇，其中以第一及通讯作者发表SCI论文230余篇，合作出版英文著作1部，30篇ESI高被引论文，连续多年入选“科睿唯安”世界高被引科学家，“爱思唯尔”高被引学者，受邀在国际学术会议上做学术报告20多次。
黄晓红（共同通讯作者），华南农业大学研究员，博士生导师。广东省现代产业技术体系（淡水鱼）病毒病防控岗位专家。研究方向：海洋鱼类病毒感染致病的细胞及分子机理。近年来主持完成国家自然科学基金面上项目、863课题、973子课题、国家重点研发计划项目子课题等；以在第一作者/通讯作者在Journal of Virology、Zoological Research、Review in Aquaculture、Journal of Hazardous Materials、Water Biology and Security、TrAC Trends in Analytical Chemistry、Environmental Pollution、Fish & Shellfish Immunology、Environmental Chemistry and Ecotoxicology、International Journal of Biological Macromolecules等本领域重要国际期刊上发表SCI收录研究论文40多篇；参与申请专利5件，其中授权专利3件；参与编写专著2部。
植林勇（第一作者），华南农业大学博士研究生，研究方向为水生动物免疫与疾病防控，环境污染物纳米塑料胁迫对鱼类病毒的致病机制，以第一作者在Journal of Hazardous Materials、Review in Aquaculture、TrAC Trends in Analytical Chemistry、Environmental Chemistry and Ecotoxicology、Aquaculture、Fish & Shellfish Immunology、Environmental pollution等期刊发表SCI论文9篇。
