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聚苯乙烯微塑料在体内的转移毒性:多器官交互作用

期刊:Environment InternationalDOI:10.1016/j.envint.2025.109604

微塑料在多器官间的转移毒性:揭示肠道-肝脏-乳腺轴的新机制

作者及机构
本研究由西北农林科技大学动物科技学院的Zhanhang Wang、Yonglong He、Muhua Luo、Shujuan Liu、Binyun Cao、Xiaopong An(通讯作者)团队,联合杨凌职业技术学院动物工程学院的Jinxing Hou共同完成,发表于2025年6月的《Environment International》(202卷,文章编号109604)。

学术背景
微塑料(Microplastics, MPs)作为直径小于5毫米的塑料颗粒,因难降解性和广泛的环境分布已成为全球性生态健康威胁。尽管已有研究报道MPs对肠道、肝脏等器官的毒性,但其系统性毒性机制及多器官间协同作用尚不明确。本研究聚焦哺乳期母鼠,探究聚苯乙烯微塑料(Polystyrene MPs, PS-MPs)通过肠道微生物群(gut microbiota)介导的跨器官毒性,首次提出“肠道-肝脏-乳腺轴”(gut-liver-mammary axis)假说,旨在揭示MPs通过器官间通讯放大毒性的机制。

研究流程与方法
1. 动物模型构建与暴露实验
- 研究对象:ICR母鼠(7周龄),分为对照组、低剂量组(2 mg/kg PS-MPs)、高剂量组(10 mg/kg PS-MPs),每组7只。从哺乳期第1天至第21天通过灌胃暴露PS-MPs。
- MPs表征:通过扫描电镜(SEM)和拉曼光谱确认PS-MPs的球形形态(直径1.03±0.032 μm)及化学组成。

  1. 组织分布与病理分析

    • 荧光示踪:荧光标记PS-MPs在结肠、肝脏、乳腺等组织的积累呈剂量依赖性。
    • 病理学检测:HE染色显示PS-MPs导致结肠黏膜层分离、肝脏脂质沉积(油红O染色阳性)及乳腺炎性浸润;透射电镜(TEM)证实肠道紧密连接(tight junctions)破坏。
  2. 肠道微生物与代谢组学分析

    • 宏基因组测序:PS-MPs显著降低益生菌(如Akkermansia、Bifidobacterium)丰度,增加致病菌Ruminococcus比例;短链脂肪酸(SCFAs,如丁酸、丙酸)水平下降。
    • 肝脏代谢组:胆汁酸代谢(如胆酸、脱氧胆酸)和甘油磷脂代谢通路异常,提示脂代谢紊乱。
  3. 屏障功能与炎症机制

    • 屏障蛋白检测:Western blot和免疫组化显示结肠和乳腺中ZO-1、Occludin等紧密连接蛋白表达下调,血乳屏障(blood-milk barrier)通透性增加。
    • 炎症通路激活:TLR4/NF-κB通路关键蛋白(MYD88、p-p65)在肝脏、结肠和乳腺中均显著上调,伴随血清炎症因子(IL-1β、TNF-α)和LPS水平升高。
  4. 微生物干预实验

    • 抗生素清除菌群:使用广谱抗生素(氨苄青霉素、甲硝唑等)预处理后,PS-MPs诱导的炎症和屏障损伤显著缓解,但肝脏脂沉积未改善。
    • 粪菌移植(FMT):将PS-MPs暴露小鼠的粪便微生物移植至无菌鼠,可复现乳腺炎和血乳屏障泄漏,证实肠道菌群失调的直接作用。

主要结果
1. 多器官毒性:PS-MPs在结肠、肝脏和乳腺中积累,引发病理损伤(如结肠隐窝萎缩、肝脂肪变性)和系统性炎症。
2. 肠道菌群核心作用:PS-MPs通过减少SCFAs产生菌(如Roseburia)和增加LPS释放菌(如Ruminococcus),破坏肠道屏障,促进细菌代谢物(如LPS)经肠-肝轴转移至远端器官。
3. 跨器官通讯机制:肠道菌群失调通过TLR4/NF-κB通路驱动肝脏和乳腺炎症,形成“肠道-肝脏-乳腺轴”的毒性传递链。

结论与意义
本研究首次证明PS-MPs通过扰乱肠道微生物生态,激活器官间炎症通讯,导致多器官协同损伤。科学价值在于:
1. 机制创新:提出“肠道-肝脏-乳腺轴”概念,为MPs的跨器官毒性提供新理论框架。
2. 应用指导:提示调控肠道菌群或靶向TLR4通路可能是缓解MPs毒性的潜在策略。
3. 公共卫生意义:哺乳期女性等敏感人群需警惕MPs通过母婴传递的长期健康风险。

研究亮点
1. 多维度分析:结合宏基因组、代谢组学和病理学,系统解析MPs的毒性网络。
2. 干预实验验证:通过抗生素和FMT明确肠道菌群的核心媒介作用。
3. 跨学科创新:融合环境毒理学与微生物组学,揭示器官互作的新模式。

其他价值
研究数据可通过请求获取,补充材料包含剂量选择依据及引物序列(Table S1),为后续研究提供参考。

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