近日，浙江大學(xué)李蘭娟教授（中國工程院院士）團隊在Environmental Science and Ecotechnology期刊在線發(fā)表了題為“Polylactic acid micro/nanoplastic-induced hepatotoxicity: Investigating food and air sources via multi-omics”的研究論文，該研究深入探討了聚乳酸（PLA）微/納米塑料對肝臟的潛在毒性，并通過多組學(xué)技術(shù)（代謝組+轉(zhuǎn)錄組+微生物組）全面分析了食物和空氣中的塑料微粒對健康的威脅。研究表明，無論是經(jīng)口攝入還是吸入的聚乳酸微納米塑料，均可分別通過“腸道菌群-腸-肝”軸和“氣道菌群-肺-肝”軸，引發(fā)一系列的生理反應(yīng)，最終導(dǎo)致肝臟損傷。這一發(fā)現(xiàn)揭示了聚乳酸微納米塑料對人體健康的復(fù)雜影響機制。
一、研究背景：
微塑料/納米塑料（MNPs）已經(jīng)在環(huán)境和生物體中被廣泛發(fā)現(xiàn)，聚乳酸（PLA）因其高生物相容性，廣泛應(yīng)用于食品包裝材料。研究顯示，PLA口罩和商業(yè)茶袋可能釋放微塑料和納米塑料，這些顆?？赡芡ㄟ^呼吸道和食物鏈進入人體，影響腸道菌群、呼吸道以及肝臟的健康。雖然聚苯乙烯和聚乙烯微塑料已被證實會導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)和肝臟毒性，但關(guān)于PLA微塑料的毒性研究還不夠充分，特別是在呼吸道和肝臟方面。隨著PLA的應(yīng)用越來越廣泛，進一步研究PLA微塑料的健康影響非常重要。
二、研究思路：
本研究使用了60只4周齡、無病原體的ICR小鼠，將其分為六組：食物納米塑料組（FQ）、食物微塑料組（FR）、食物對照組（FNC）、空氣納米塑料組（AQ）、空氣微塑料組（AR）和空氣對照組（ANC），每組10只。實驗中，小鼠通過口服和鼻腔暴露分別接觸聚乳酸（PLA）納米塑料（NPs，50納米）和微塑料（MPs，5毫米）。采用多組學(xué)方法評估PLA MNPs對肝臟的毒性作用。
在食源性MNPs實驗中，F(xiàn)Q組、FR組和FNC組的小鼠每天灌胃100毫升無菌水，分別含有0.2毫克NPs、0.2毫克MPs和0毫克MNPs，連續(xù)6周。實驗結(jié)束后，麻醉小鼠并收集血液、肝臟、糞便和結(jié)腸樣本。在空氣暴露MNPs實驗中，AQ組、AR組和ANC組的小鼠每3天經(jīng)鼻給予10毫升無菌生理鹽水，分別含有0.03毫克NPs、0.03毫克MPs和0毫克MNPs，連續(xù)42天。實驗結(jié)束后，麻醉小鼠并收集鼻組織、肺、肝臟和血液樣本。
三、研究結(jié)果：
1. MNPs可引起肝功能損傷、氧化應(yīng)激變化以及肝肺組織病理改變
與對照組相比，小鼠血清中的AST和ALT水平在暴露于食物和空氣中的聚乳酸（PLA）MNPs后均顯著上升。但值得注意的是，食物中的MNPs引發(fā)的AST和ALT增高幅度顯然超過空氣中的MNPs。此外，食物與空氣中的MNPs均導(dǎo)致血清T-AOC和SOD水平的明顯下降，其中食物來源的MNPs使這些指標(biāo)的降低程度明顯高于空氣中的MNPs。同時，肝臟病理顯示，PLA MNPs無論來自食物還是空氣，都會引起小鼠肝臟的損傷，而病理評分顯示，食物中的MNPs對肝臟的影響更為顯著。
2. 食物和空氣中的PLA MNPs對小鼠菌群組成的影響
在研究中發(fā)現(xiàn)，食物中的微納塑料顆粒（MNPs）會顯著改變腸道微生物群的組成和功能。具體而言，厚壁菌門在食物暴露組中占主導(dǎo)地位，而在食物暴露組的腸道網(wǎng)絡(luò)中，Lachnospiraceae家族的細(xì)菌最為豐富。此外，食物中的MNPs還改變了腸道微生物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并上調(diào)了多種功能通路，如“ABC轉(zhuǎn)運蛋白”、“鞭毛組裝”和“細(xì)菌趨化性”。
空氣中的MNPs則主要影響鼻腔和肺部微生物群，鼻腔和肺部微生物的組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能通路也出現(xiàn)了明顯變化。空氣暴露組中，鼻腔和肺部的支配細(xì)菌包括未分類的Muribaculaceae和Klebsiella，而功能通路如“鞭毛組裝”和“細(xì)菌趨化性”也顯著上調(diào)。這些結(jié)果表明，食物和空氣中的MNPs都會顯著影響不同部位的微生物群及其功能。
3. 食物和空氣中的PLA MNPs對小鼠代謝組和轉(zhuǎn)錄組的影響
研究表明，食物和空氣中的微納塑料顆粒（MNPs）會導(dǎo)致小鼠的腸道、血清、肺部和肝臟代謝發(fā)生顯著變化。食物暴露組（FQ和FR）的腸道和血清代謝物分別有數(shù)百種發(fā)生改變，涉及類固醇激素合成、癌癥中的碳代謝、蛋白質(zhì)消化等代謝通路。此外，F(xiàn)Q和FR組的肝臟轉(zhuǎn)錄組分析顯示晝夜節(jié)律等多條基因通路顯著上調(diào)。
空氣暴露組（AQ和AR）同樣表現(xiàn)出代謝物和基因表達(dá)的變化，特別是肺部和血清中，富集的通路包括花生四烯酸代謝、蛋白質(zhì)消化吸收等。研究還發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律通路在所有暴露組的肝臟中普遍上調(diào)。
4. 多組學(xué)聯(lián)合分析
研究通過多組學(xué)聯(lián)合分析揭示了MNPs暴露下的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和組學(xué)差異。在食物來源的NP（FQ）和MP（FR）組中，關(guān)鍵的相關(guān)門檻因子包括FQ組的基因Gm1673和FR組的基因cyp2b9、klhdc7b及代謝物bacterioruberin diglucoside。食物來源的NP和MP組之間在腸道菌群、代謝物及相關(guān)通路上表現(xiàn)出明顯的差異，例如FQ組在“ABC轉(zhuǎn)運蛋白”和Lachnospiraceae_A2方面較為顯著，而FR組則在“氧化磷酸化”和Roseburia方面表現(xiàn)突出。
在空氣暴露的NP（AQ）和MP（AR）組中，關(guān)鍵的相關(guān)門檻因子包括AQ組的zfp804b和AR組的代謝物11-cis-3,4-didehydroretinol。兩組在肺部代謝物和相關(guān)通路上也存在差異，例如AQ組的“花生四烯酸代謝”和“類固醇激素合成”較為顯著，而AR組則在“嘌呤代謝”和“D-氨基酸代謝”方面表現(xiàn)突出。此外，兩組的血清代謝物及肝臟相關(guān)通路也存在差異，如AQ組的“ABC轉(zhuǎn)運蛋白”和AR組的“中心碳代謝在癌癥中的作用”。這些差異表明了不同MNPs暴露對生物體內(nèi)各組學(xué)層面的影響和特征。
研究小結(jié)：
本研究首次系統(tǒng)性地探討了食物和空氣中的PLA微納塑料（MNPs）對小鼠肝臟毒性的影響。結(jié)果顯示，食物和空氣中的可降解聚乳酸（PLA）MNPs能夠通過不同途徑引發(fā)小鼠的肝臟毒性。食物中的PLA MNPs主要通過“腸道菌群-腸-肝”軸引發(fā)肝損傷，而空氣中的PLA MNPs則通過“氣道菌群-肺-肝”軸導(dǎo)致肝毒性。這些發(fā)現(xiàn)對PLA MNPs引發(fā)的肝毒性診斷和管理具有重要參考價值。
（來源：資訊中國）
