在環境和生物(wù)體(tǐ)中(zhōng)發現了微/納米塑料 （MNP）。聚乳酸 （PLA） 以其高生物(wù)相容性而聞名(míng)，号稱‘環保’的材料，被廣泛用(yòng)于外賣盒等食品包裝(zhuāng)，PLA 納米塑料 （NP） 可(kě)以從商(shāng)業茶包中(zhōng)釋放出來。發現 PLA 面罩會釋放 MNP，MNP 可(kě)以進入人體(tǐ)氣道 。據估計，一個人每周攝入 0.1-5 g MNP 。因此，空氣傳播和食源性 PLA MNP 可(kě)能(néng)會影響人類健康。據研究報道，NP 和微塑料 （MP） 不僅可(kě)以改變不同生物(wù)體(tǐ)的腸道微生物(wù)群。而且還發現空氣傳播的 PS MNP 可(kě)誘導氣道菌群失調。

近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院李蘭娟院士團隊在 Environmental Science and Ecotechnology 期刊發表了題為(wèi)：Polylactic acid micro/nanoplastic-induced hepatotoxicity: Investigating food and air sources via multi-omics 的研究論文(wén)。該研究揭示了：食源性 PLA MNP 暴露可(kě)誘導腸道微生物(wù)群、腸道和血清代謝(xiè)組發生變化，并導緻肝髒轉錄組學(xué)變化和肝毒性；而空氣傳播的 PLA MNP 暴露可(kě)誘導氣道微生物(wù)群、肺和血清代謝(xiè)組的改變，并導緻肝髒轉錄組學(xué)變化和肝毒性。因此再本次研究中(zhōng)，作(zuò)者确定了：（1） 食源性可(kě)生物(wù)降解的 PLA MNP 會影響“腸道微生物(wù)群-腸-肝”軸并誘導肝毒性（2） 空氣傳播的可(kě)生物(wù)降解 PLA MNP會破壞“氣道微生物(wù)群-肺-肝”軸并引起肝毒性。

研究概要：

在人體(tǐ)肝髒中(zhōng)檢測到微/納米塑料 （MNP），對人類健康構成重大風險。口服來自不可(kě)生物(wù)降解塑料的 MNP 可(kě)誘導小(xiǎo)鼠肝髒中(zhōng)毒。同樣，鼻腔暴露于不可(kě)生物(wù)降解的塑料會導緻小(xiǎo)鼠氣道菌群失調。然而，人們對食源性和空氣傳播的可(kě)生物(wù)降解 MNP 誘導的肝毒性仍然知之甚少。在這裏，作(zuò)者通過對小(xiǎo)鼠的各種生物(wù)樣品（包括腸道、糞便、鼻腔、肺、肝髒和血液樣品）進行多(duō)組學(xué)分(fēn)析，展示了可(kě)生物(wù)降解的聚乳酸 （PLA） MNP 的肝毒性作(zuò)用(yòng)。作(zuò)者的結果表明，食源性和空氣傳播的 PLA MNP 都會損害肝功能(néng)，破壞血清抗氧化活性，并引起肝髒病變。具(jù)體(tǐ)來說，食源性 MNP 會導緻腸道微生物(wù)群落失調、腸道和血清代謝(xiè)改變以及肝髒轉錄組學(xué)變化。空氣傳播的 MNP 影響鼻腔和肺微生物(wù)群，改變肺和血清代謝(xiè)物(wù)，并破壞肝髒轉錄組學(xué)。腸道Lachnospiraceae_NK4A136_group是食源性 PLA MNP 暴露的潛在生物(wù)标志(zhì)物(wù)，而鼻腔未分(fēn)類_Muribaculaceae 和肺克雷伯氏菌是空氣傳播 PLA MNP 暴露的潛在生物(wù)标志(zhì)物(wù)。相關結果表明，食源性 PLA MNPs 可(kě)影響“腸道菌群-腸-肝”軸并誘導肝毒性，而空氣傳播的 PLA MNP 可(kě)破壞“氣道微生物(wù)群-肺-肝”軸并引起肝毒性。這些發現對診斷 PLA MNP 誘導的肝毒性和管理(lǐ)環境中(zhōng)的可(kě)生物(wù)降解材料具(jù)有(yǒu)重要意義。作(zuò)者目前的研究可(kě)能(néng)是可(kě)生物(wù)降解 MNP 誘導的肝毒性的起點。需要更多(duō)的研究來驗證和抑制對 MNP 誘導的肝毒性至關重要的途徑。

1、研究材料與方法：

本研究購(gòu)買了60隻四周齡、無病原體(tǐ)的雄性癌症研究所（ICR）小(xiǎo)鼠，使用(yòng)了PLA NP（50納米）和MP（5毫米）。小(xiǎo)鼠被随機分(fēn)配到六個組中(zhōng)，分(fēn)别是食源性納米顆粒組（FQ）、食源性微米顆粒組（FR）、食源性對照組（FNC）、空氣傳播性納米顆粒組（AQ）、空氣傳播性微米顆粒組（AR）和空氣傳播性對照組（ANC），每組10隻小(xiǎo)鼠。它們在保持22攝氏度的光照/黑暗（12:12）循環條件下适應環境，為(wèi)期七天。在不同的時間段對小(xiǎo)鼠進行麻醉，采集鼻組織、肺、肝髒和血液樣本。    該研究采用(yòng)小(xiǎo)鼠實驗模型，研究了可(kě)生物(wù)降解的聚乳酸（PLA）微納級塑料（MNPs）對肝髒的影響，并通過多(duō)組學(xué)分(fēn)析揭示了其作(zuò)用(yòng)機制。研究将小(xiǎo)鼠分(fēn)為(wèi)食源性和空氣傳播性兩組，分(fēn)别口服和鼻腔滴注不同劑量的PLA MNPs，然後采集肝髒、肺部、腸道、鼻部和血液等樣本進行分(fēn)析。此外，通過整合分(fēn)析，研究人員發現了微生物(wù)組成、代謝(xiè)物(wù)組和基因表達之間的相關性。去揭示可(kě)生物(wù)降解的PLA MNPs對肝髒健康的潛在風險，為(wèi)進一步研究MNPs引起的肝毒性提供了重要線(xiàn)索。2、研究内容：（1）MNPs 影響肝功能(néng)和抗氧化活性結果發現MNPs影響了肝功能(néng)和抗氧化活性。食源性MNPs（FQ和FR組）導緻血清AST和ALT水平較FNC組高。血清SOD在三組之間相似，而血清T-AOC在FQ和FR組中(zhōng)降低。在鼻腔暴露部分(fēn)，AQ和AR組的血清AST和ALT水平升高。AQ組的SOD水平降低，而AR組的SOD水平沒有(yǒu)顯著變化。相比之下，AQ、AR和ANC組之間的血清T-AOC沒有(yǒu)顯著差異。

MNP 引起肝髒和肺部病變，測定 FQ 和 FR 組肝髒中(zhōng)肝細胞腫脹、斑點狀壞死、細胞空泡化和核細胞膿腫。相比之下，食源性 MNP 組和對照組的結腸中(zhōng)沒有(yǒu)觀察到明顯的病理(lǐ)變化。在鼻暴露切片中(zhōng)，在 AQ 和 AR 組的肺部觀察到出血、炎性細胞浸潤和滲出物(wù) 。測定 AQ 和 AR 組肝髒中(zhōng)的肝細胞腫脹、細胞空泡化和核膿性。

（2）食源性 MNP 改變了腸道微生物(wù)群

食源性 MNP 改變了腸道菌群組成：厚壁菌門是 FQ、FR 和 FNC 組中(zhōng)最豐富的細菌門，占腸道菌群的 60% 以上。細菌科(kē) Lachnospiraceae 在 FQ 和 FR 組中(zhōng)均豐度最高，而乳杆菌科(kē)是 FNC 組中(zhōng)最豐富的細菌科(kē)。FQ 、 FR 和 FNC 組之間腸道微生物(wù)群的 α 多(duō)樣性相似。與 FNC 組 （52.31%） 相比，FQ （42.88%） 和 FR （34.7%） 組腸道微生物(wù)群的平均相似性較低。

LEfSe 确定了與 FQ 和 FR 組相關的多(duō)種腸道細菌，其中(zhōng) Lachnospiraceae_NK4A136_group、Lachnospiraceae_A2 和 Helicobacter 與 FQ 組最相關，而 Lachnospiraceae_NK4A136_group、Roseburia 和 Helicobacter 與 FR 組相關最。FQ 和 FR 組中(zhōng)共有(yǒu) 8 種腸道細菌，其中(zhōng) Lachnospiraceae_NK4A136_group 最富集 。

食源性 MNP 改變了腸道微生物(wù)功能(néng)通路：FQ 和 FR 組的多(duō)種腸道微生物(wù)功能(néng)通路上調，其中(zhōng) “ABC 轉運蛋白” 、 “鞭毛組裝(zhuāng)” 和 “細菌趨化性” 在兩組中(zhōng)上調最高。

（3）空氣傳播的 MNP 改變了鼻腔微生物(wù)群

空氣傳播的 MNP 改變了鼻腔微生物(wù)群的組成：在門水平上，厚壁菌門在 AQ、AR 和 ANC 組中(zhōng)最豐富，每組都占鼻腔微生物(wù)群的 50% 以上。葡萄球菌科(kē)是 AQ、AR 和 ANC 組中(zhōng)最豐富的鼻科(kē)。AQ 組和 AR 組的鼻腔 α 多(duō)樣性指數均高于 ANC 組。與 ANC 組 （17.36%） 相比，AQ （18.36%） 和 AR （22.22%） 組鼻腔微生物(wù)群的平均相似性略高。

多(duō)個鼻腔細菌與 AQ 和 AR 組相關，其中(zhōng) unclassified_Muribaculaceae、Lachnospiraceae_NK4A136_group 和不動杆菌在 AQ 組中(zhōng)顯著上調，而 unclassified_Muribaculaceae、乳酸杆菌和孢子肉菌在 AR 組中(zhōng)基本上調。AQ 組和 AR 組均有(yǒu) 20 個鼻腔細菌上調，其中(zhōng) unclassified_Muribaculaceae 個是最豐富的一個。

空氣傳播的 MNP 改變了鼻腔微生物(wù)功能(néng)通路：AQ 和 AR 組鼻腔微生物(wù)群的多(duō)個功能(néng)途徑上調，其中(zhōng)“鞭毛組裝(zhuāng)”、“細菌趨化性”和“細胞周期 – caulobacter”在兩組中(zhōng)上調最高。

（3）空氣傳播的 MNP 改變了肺微生物(wù)群

空氣傳播的 MNP 改變了肺微生物(wù)群的組成：在門水平上，厚壁菌門和變形菌門在 AQ 和 AR 組的肺菌群中(zhōng)含量最高，而厚壁菌門和拟杆菌門在 ANC 組的肺菌群中(zhōng)豐度最高。腸杆菌科(kē)、毛螺菌科(kē)和毛螺菌科(kē)占 AQ 和 AR 組肺菌群的 30% 以上，而毛毛菌科(kē)、毛螺菌科(kē)和葡萄球菌科(kē)是 ANC 組中(zhōng)最豐富的三個肺細菌家族。與 ANC 組相比，AQ 和 AR 組觀察到的肺細菌物(wù)種較低。AR 組 Shannon 指數降低 ，而 AQ 組 Pielou 指數升高。與 ANC 組相比，AQ 和 AR 組肺微生物(wù)群的平均相似性降低，分(fēn)别為(wèi) 8.02% 、 9.81% 和 49.34%。

PERMANOVA 結果表明 AQ、AR 和 ANC 組之間的肺微生物(wù)群組成不同 （R2 = 0.2，P < 0.001）。與 ANC 組相比，AQ 和 AR 組肺菌群組成均發生改變 （R2 > 0.22，P < 0.001 ）。多(duō)個肺細菌與 AQ 和 AR 組相關，其中(zhōng) 5 個肺細菌在 AQ 和 AR 組中(zhōng)均普遍富集。克雷伯氏菌 （Klebsiella） 、 Clostridium_sensu_stricto_1 和埃希氏菌 （Escherichia-Shigella） 與兩組相關性最強。

空氣傳播的 MNP 改變了肺微生物(wù)功能(néng)通路：AQ 和 AR 組的各種肺微生物(wù)功能(néng)通路上調。AQ 組的“鞭毛組裝(zhuāng)”、“卟啉和葉綠素代謝(xiè)”和“苯丙氨酸代謝(xiè)”的上調最嚴重，而 AR 組的“鞭毛組裝(zhuāng)”、“細菌趨化性”和“苯丙氨酸代謝(xiè)”的上調最嚴重。

（4）食源性 MNP 誘導的腸道和血清代謝(xiè)改變

發現 FQ 、 FR 和 FNC 組之間的腸道代謝(xiè)譜存在差異。FQ 組和 FR 組分(fēn)别有(yǒu) 752 和 637 種改變的腸道代謝(xiè)物(wù)。同樣，确定了 FQ 、 FR 和 FNC 組血清代謝(xiè)譜之間的差異。FQ 和 FR 組分(fēn)别有(yǒu) 832 和 753 種血清代謝(xiè)物(wù)發生改變。

改變的腸道代謝(xiè)産(chǎn)物(wù)主要與 FQ 組的 “類固醇激素生物(wù)合成” 、 “癌症中(zhōng)樞碳代謝(xiè)” 和 “ABC 轉運蛋白” 等強化途徑有(yǒu)關;FR 組的“癌症中(zhōng)的中(zhōng)心碳代謝(xiè)”、“蛋白質(zhì)消化和吸收”以及“氨酰基-tRNA 生物(wù)合成”。FQ 和 FR 組共有(yǒu) 18 條腸道通路富集，其中(zhōng) “癌症中(zhōng)心碳代謝(xiè)” 上調最高。

FQ 組富含“亞油酸代謝(xiè)”、“花(huā)生四烯酸代謝(xiè)”和“色氨酸代謝(xiè)”等血清途徑，而“亞油酸代謝(xiè)”、“藥物(wù)代謝(xiè) - 其他(tā)酶”和“色氨酸代謝(xiè)”等血清途徑。FQ 和 FR 組有(yǒu) 4 種血清通路增強，其中(zhōng)“亞油酸代謝(xiè)”最富集。

食源性 MNP 誘導的肝髒轉錄組改變：确定了 FQ 、 FR 和 FNC 組之間的肝髒轉錄組譜的一些變化 。FQ 組和 FR 組分(fēn)别有(yǒu) 307 個和 262 個肝髒 DEGs 發生改變。FQ 組主要富集了分(fēn)别屬于生物(wù)過程、細胞成分(fēn)和分(fēn)子功能(néng)的三個肝髒 GO 術語，即染色質(zhì)沉默、細胞外區(qū)域和核小(xiǎo)體(tǐ) DNA 結合的負調控，而核小(xiǎo)體(tǐ)組裝(zhuāng)最富集。FQ 和 FR 組富集了兩組不同的 9 條肝髒通路，其中(zhōng) FQ 和 FR 組的“晝夜節律”上調最高。

（5）空氣傳播的 MNP 誘導的肺和血清代謝(xiè)改變

PCA 顯示 AQ、AR 和 ANC 組之間肺代謝(xiè)譜的變化。AQ 組和 AR 組分(fēn)别有(yǒu) 864 和 596 種肺代謝(xiè)物(wù)升高。AQ、AR 和 ANC 組的血清代謝(xiè)特征不同。AQ 組和 AR 組分(fēn)别有(yǒu) 503 和 664 種血清代謝(xiè)物(wù)發生改變。

改變的肺代謝(xiè)産(chǎn)物(wù)主要與 AQ 組的“類固醇激素生物(wù)合成”、“花(huā)生四烯酸代謝(xiè)”、“嘌呤代謝(xiè)”等通路有(yǒu)關;AR 組的“花(huā)生四烯酸代謝(xiè)”、“類固醇激素生物(wù)合成”和“癌症中(zhōng)的膽堿代謝(xiè)”。AQ 和 AR 組均富集 9 條肺通路，其中(zhōng)“花(huā)生四烯酸代謝(xiè)”上調最嚴重。

AQ組“癌症中(zhōng)心碳代謝(xiè)”、“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝(xiè)”、“丁酸代謝(xiè)”和“蛋白質(zhì)消化吸收”等血清通路上調，而AR組“蛋白質(zhì)消化吸收”、“色氨酸代謝(xiè)”、“苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物(wù)合成”和“癌症中(zhōng)心碳代謝(xiè)”等血清通路富集。AQ 和 AR 組均富含 11 條血清通路，其中(zhōng)“癌症中(zhōng)樞碳代謝(xiè)”和“蛋白質(zhì)消化吸收”顯著增強。

空氣傳播 MNP 誘導的肝髒轉錄組改變：AQ 和 AR 組的多(duō)個肝髒通路上調，其中(zhōng) “酒精(jīng)中(zhōng)毒” 、 “系統性紅斑狼瘡” 和 “中(zhōng)性粒細胞胞外陷阱形成” 在兩組中(zhōng)都基本上調 。

（6）MNPs的網絡調控分(fēn)析和多(duō)組學(xué)分(fēn)析

通過多(duō)組學(xué)分(fēn)析可(kě)以發現，食源性和空氣中(zhōng)的微納米顆粒（MNPs）對腸道、肺部、血清和肝髒産(chǎn)生了顯著影響。不同類型的MNPs導緻了微生物(wù)組、代謝(xiè)譜和轉錄組的變化。食源性MNPs對腸道菌群和代謝(xiè)産(chǎn)生了明顯影響，而空氣中(zhōng)的MNPs則對肺部、鼻腔和血清的微生物(wù)組、代謝(xiè)譜和轉錄組産(chǎn)生了影響。此外，不同類型的MNPs也導緻了不同部位之間的差異，如腸道、肺部和肝髒之間的代謝(xiè)和轉錄組差異。這些研究結果提供了對MNPs潛在危害的深入認識，并為(wèi)進一步研究和保護環境健康提供了重要參考。

本文(wén)亮點：

（1）食源性 PLA MNP 破壞腸道菌群-腸道-肝髒軸并引起肝毒性。

（2）空氣傳播的 PLA MNP 影響氣道微生物(wù)群-肺軸并誘導肝毒性。

（3）食源性和空氣傳播的 PLA NP 和 MP 在小(xiǎo)鼠中(zhōng)誘導獨特的改變。

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