客戶案例:微塑料如何通過(guò)腸道微生物與代謝物影響人體健康

微型/納米塑料（MNPLs）是尺寸分別小于5mm和小于0.1μm的塑料纖維、顆粒或薄膜，人類生活環(huán)境和日常生活必需品，是一種新型的環(huán)境污染物，廣泛存在于環(huán)境和生命中且極難降解，給人類健康帶來(lái)危害。已有研究報(bào)道NMPLs可以穿透骨髓，影響骨髓細(xì)胞基因表達(dá)，引起血液學(xué)參數(shù)的變化。
 

2022年2月8日，首都醫(yī)科大學(xué)高艾教授與團(tuán)隊(duì)在Environment International（IF=13.352）期刊在線發(fā)表了題為“Polystyrene micro-/nanoplastics induced hematopoietic damages via the crosstalk of gut microbiota, metabolites, and cytokines”的文章。該研究旨在闡明聚苯乙烯-MNPLs（PS-MNPLs）引起的造血損傷的潛在機(jī)制，通過(guò)結(jié)合16S rRNA基因測(cè)序、代謝組學(xué)分析和細(xì)胞因子芯片分析腸道微生物群-代謝物-細(xì)胞因子軸在PS-MNPLs誘導(dǎo)血液毒性中的作用，證明了PS-MNPLs可導(dǎo)致造血功能障礙，為 PS-MNPLs 毒性提供了新見解，并為后期治療奠定了基礎(chǔ)。（麥特繪譜提供Q300全定量代謝組學(xué)檢測(cè)分析）

首先，研究人員分別給小鼠灌胃60μg劑量的PS-MNPLs（三種規(guī)格：10μm，5μm和80 nm）和純水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PS-MNPLs處理可導(dǎo)致小鼠體重降低，免疫相關(guān)器官的內(nèi)臟比率顯著改變，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)損傷。進(jìn)一步分析表明，PS-MNPLs可引起造血毒性，表現(xiàn)為骨髓細(xì)胞排列紊亂，細(xì)胞集落形成、自我更新和分化能力降低，淋巴細(xì)胞比例增加。

圖1. 掃描電鏡下三種不同規(guī)格的PS-MNPLs形態(tài)

隨后，研究人員對(duì)小鼠盲腸內(nèi)容物進(jìn)行16S rRNA測(cè)序分析，結(jié)果表明，PS-MNPLs可顯著影響腸道微生物群的多樣性，在門水平上，與對(duì)照組相比，PS-MNPLs處理組的擬桿菌顯著富集；屬水平上，處理組與對(duì)照組之間有100個(gè)屬存在顯著差異。此外，NP-80對(duì)腸道菌群的影響遠(yuǎn)小于MP-10和MP-5。

腸道菌群往往通過(guò)代謝物來(lái)影響宿主健康，因此，進(jìn)一步對(duì)血漿樣本進(jìn)行靶向代謝組學(xué)分析，共絕對(duì)定量到205個(gè)小分子代謝物。三個(gè)PS-MNPLs處理組均篩選到一定數(shù)量的差異代謝物，主要集中在肉堿、脂肪酸、氨基酸、有機(jī)酸、膽汁酸、短鏈脂肪酸和咪唑類中。通路富集分析發(fā)現(xiàn)，超長(zhǎng)鏈脂肪酸的β氧化、丙酸代謝和脂肪酸生物合成是三個(gè)主要受影響的代謝途徑。

圖2. PS-MNPLs對(duì)細(xì)胞因子的影響

另外，小鼠血漿中的細(xì)胞因子檢測(cè)結(jié)果表明，PS-MNPLs暴露會(huì)引起炎癥，IL-12p40 和 IL-10 在所有組中均存在顯著差異，表明它們可以作為 PS-MNPLs 誘導(dǎo)細(xì)胞因子變化的重要標(biāo)志物。

研究人員進(jìn)一步分析腸道微生物群、代謝物和細(xì)胞因子與造血損傷的相關(guān)性，結(jié)果表明，PS-MNPLs引起的腸道菌群紊亂可能通過(guò)調(diào)節(jié)代謝物來(lái)影響炎癥因子，最終導(dǎo)致造血系統(tǒng)損傷，并且血液毒性因PS-MNPLs顆粒大小而異，顆粒越小，血液毒性越大。

圖3. 腸道微生物群、代謝物和細(xì)胞因子與造血損傷的相關(guān)性分析

綜上，本研究為闡明PS-MNPLs與造血功能障礙之間關(guān)系提供了證據(jù)。同時(shí)，腸道微生物群、代謝物和炎癥細(xì)胞因子的破壞可能是PS-MNPLs誘導(dǎo)造血損傷的關(guān)鍵因素。上述研究結(jié)果為腸道微生物組、代謝組和炎癥之間的相互作用提供了大量證據(jù)。這些與腸道微生物群代謝物炎癥軸有關(guān)的因素可以作為探索MNPLs誘導(dǎo)造血毒性的診斷生物標(biāo)志物，但相關(guān)的歸因、方向性和縱向關(guān)聯(lián)需要進(jìn)一步探討。

原文文獻(xiàn)

Polystyrene micro-/nanoplastics induced hematopoietic damages via thecrosstalk of gut microbiota, metabolites, and cytokines. Environment International. 2022.

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