纳米塑料 - 重塑肠道微生物组，削弱肠道防御能力

纳米塑料 - 重塑肠道微生物组，削弱肠道防御能力

研究表明，隐形纳米颗粒如何操纵手机并破坏肠道脆弱的微生物组，从而引发了有关环境纳米塑料隐形健康风险的新问题。

学习：聚苯乙烯纳米塑料通过细胞外囊泡传递的 microRNA 改变细菌与宿主的相互作用，从而破坏肠道微环境。图片来源：Sivstockstudio/Shutterstock.com

接触聚苯乙烯纳米塑料会改变细菌之间的相互作用并破坏肠道微环境，从而破坏肠道健康。最近发表的一项研究自然交流研究聚苯乙烯纳米塑料暴露如何影响人类健康，重点关注细菌与宿主的相互作用。

纳米塑料暴露对人类健康的影响

人们经常接触到整个食物链中的塑料碎片，这引发了人们对其对肠道微生物组影响的疑问。聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）等各类塑料的降解导致微塑料（MP）和纳米塑料（NP）的发展。

多项研究表明，MP 或 NP 暴露可通过肠道菌群失调导致哺乳动物造血损伤、肝损伤和睾丸疾病。这些研究还表明，PS-MP 和 PE-MP 暴露会诱发炎症、免疫失衡和肠道屏障功能障碍。具体来说，PE-MP 暴露会改变肠道微生物组成，有利于病原体选择性增加金黄色葡萄球菌。这种 NP 还会促进肠道炎症。

尽管人们了解 MP 和 NP 对人类的毒性作用，但很少有研究探讨微观塑料、肠道微生物群和宿主之间的相互作用。此外，微观塑料影响人类健康的根本机制仍然相对不足。

多项研究表明，由于纳米粒子尺寸较小，因此比 MPS 危害更大。这使得它们能够穿透组织和器官并轻松影响其生物功能。了解纳米颗粒导致肠道菌群失调和影响肠道健康的精确途径至关重要。

细胞外囊泡 (EV) 是由动物细胞和细菌释放的微小膜结合脂质双层囊。这些球形结构携带多种内容物，包括DNA、RNA、蛋白质和脂质。 EV 在细胞间通讯中发挥着至关重要的作用。先前的研究表明，EV 通常介导微生物群和肠上皮之间的相互作用，并影响肠道健康和功能。

关于该研究

目前的研究假设 NP 通过 EV 直接或间接影响微生物群组成。一些体内和体外进行了实验来检验这一假设。例如，本研究中使用的纳米粒子的大小和数量是使用纳米粒子跟踪分析（NTA）确认的。

将六周大的雄性小鼠暴露于荧光标记的纳米颗粒中，以检查它们在器官中的分布。进行了 NP 的细胞摄取、血清生化分析、实时 PCR 和蛋白质印迹。

为了了解 NP 如何影响肠道微生物群，在 12 周内，每周 4 次给小鼠口服微型聚苯乙烯 (100 nm)，特别是每周的第 1、3、5 和 7 天。保留一系列未用 NP 治疗的对照小鼠作为参考。

研究结果

在 3 分钟至 48 小时之间的不同时间点观察到 NP (100 nm) 的积累。在当前的研究中，在研究小鼠的小肠、肝脏、盲肠和结肠中发现了显着的 NP 水平。

与对照组小鼠相比，口服 NP 暴露增加了体重。然而，这种增加是中等的，并且与白色脂肪组织或肝脏重量的显着变化无关。没有观察到肝脏重量或白色脂肪组织的显着变化。在暴露于 NP 的小鼠中没有观察到肠道缩短，这意味着肠道细菌而不是炎症是 NP 诱导效应的主要目标。

生化分析显示，12 周的 NP 暴露并未显着改变血清天冬氨酸转氨酶 (AST)、丙氨酸转氨酶 (ALT)、肌酐 (CRE) 或血尿素氮 (BUN)。这一发现表明肠道微生物群和屏障可直接受到 NP 的影响。

目前的研究发现，NP在治疗24小时后可以渗透到肠细胞样分化的Caco-2细胞和小鼠肠道中。进入后，它会减少紧密连接蛋白的表达，包括 zonula occlusionns-1 (ZO-1) 和 occludins (OCC)。这种疾病会导致典型的肠道损伤，包括肠道通透性增加或肠漏。

基因本体（GO）分析表明，NP暴露显着改变了小鼠肠道基因表达和代谢功能。小鼠粪便中 microRNA (miRNA) 多样性的主成分分析 (PCA) 表明，NP 暴露显着改变了 miRNA 谱并降低了特定 miRNA 的多样性。进一步深入的分析发现了 miRNA 作为主要生理功能调节剂的作用，特别是那些与肠细胞连接相关的功能。

实验结果表明，NP 可以通过调节肠道细胞中的 miRNA 来破坏紧密连接蛋白的表达，最终破坏肠道环境。预测分析表明，NP暴露影响了ZO-101-MIR-3P表达上的miRNA，例如AS-MIR-98-3P、HAS-MIR-548H-3P、HAS-MIR-548Z、HAS-MIR-548D-3P、HAS-MIR-548AZ-5P、HAS-MIR-12136和HAS-MIR-MIR-3P表达受监管。

此外，研究发现，NP 暴露增加了小鼠特异性 miRNA 的表达，例如 MMU-MIR-501-3p 和 MMU-MIR-700-5p，这也会破坏 ZO-1 和 MUC-13 的表达。

免疫细胞化学 (ICC)、qPCR 和蛋白质印迹分析表明，NP 治疗降低了小鼠和肠细胞样分化 Caco-2 细胞中的 MUC-13 表达。

随着纳米粒子暴露时间的延长，独特的细菌种类最初增加然后减少。最显着的影响是特定细菌类群相对丰度的变化，而不是简单的整体多样性的丧失。例如，乳杆菌科减少，瘤胃球菌科增加。

研究还发现，下一代益生菌 Akkermansia 在暴露于 NP 的小鼠中增加了丰度，尤其是在后期。实验结果表明，NP对肠道微生物组的影响并不是由NP毒性直接引起的，而是由其他机制引起的。

具体来说，该研究表明，这些变化是由肠道细胞和某些细菌衍生的细胞外囊泡（EV）介导的，而不是纳米颗粒对细菌生长的直接毒性作用。毛螺菌科来自 SP 的人。衍生的 EV 不影响肠道细菌的生长。

这项研究的新颖之处在于发现了特定的机制。 NP 通过调节 EV 介导的 miRNA 传递来改变肠道微环境，从而破坏肠道屏障并选择性地影响细菌类群的生长。这代表了 NP 毒性背景下新描述的途径。

结论

目前的研究提出，NP 包括某些细菌类群，包括毛螺菌科和瘤胃球菌科。 NP 暴露后肠道微生物群的改变是通过 EV 介导的宿主-微生物群相互作用。 NP 被 Lachnospiraceae 吸收，引发了 mucin-13 表达的抑制。

此外，接触 NP 后，考夫莱特样细胞释放的 EV 促进了瘤胃球菌科展示强调衍生囊泡和细菌囊泡之间复杂的相互作用。

需要进一步研究纳米粒子对人类和环境健康的影响。虽然这些结果为 NP 如何破坏肠道健康提供了新的见解，但值得注意的是，这些实验是在小鼠身上进行的。剂量和研究结果与典型人类暴露的相关性仍有待确定。

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