研究揭示了不可见的纳米颗粒如何通过操纵细胞信使来改变肠道微生物群，从而削弱肠道防御，引发了对环境纳米塑料潜在健康风险的新问题。
研究：聚苯乙烯纳米塑料通过外泌体传递的微小RNA改变细菌-宿主相互作用，扰乱肠道微环境。图片来源：SIVStockStudio/Shutterstock.com
暴露于聚苯乙烯纳米塑料可能通过改变细菌-宿主相互作用和扰乱肠道微环境而影响肠道健康。最近发表在《自然通讯》上的一项研究探讨了聚苯乙烯纳米塑料暴露如何影响人体健康，重点是细菌-宿主相互作用。
纳米塑料暴露对人体健康的影响
人类经常通过食物链接触到塑料碎片，这引发了关于其对肠道微生物群影响的问题。不同类型的塑料如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）的降解会产生微塑料（MP）和纳米塑料（NP）。
多项研究表明，MP或NP暴露可能导致哺乳动物的造血损伤、肝脏损伤和睾丸疾病，这些都与肠道菌群失调有关。此外，PS-MP和PE-MP暴露会引发炎症、免疫失衡和肠道屏障功能障碍。特别是，PE-MP暴露会改变肠道微生物组成，促进致病性金黄色葡萄球菌的选择性增加，并促进肠道炎症。
尽管了解了MP和NP对人体的毒性作用，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，微观塑料影响人体健康的潜在机制仍相对未被充分研究。
一些研究表明，由于NP的尺寸更小，它们比MP更具危害性，因为它们可以穿透组织和器官，轻易影响其生物功能。理解NP导致肠道菌群失调并影响肠道健康的精确途径至关重要。
外泌体（EVs）是由动物细胞和细菌释放的小型膜结合脂质双层囊泡。这些球形结构携带多种内容物，包括DNA、RNA、蛋白质和脂质。EVs在细胞间通信中起着关键作用。先前的研究表明，EVs通常介导微生物群与肠上皮之间的相互作用，影响肠道健康和功能。
关于研究
当前研究假设NP直接或间接通过EVs影响微生物群组成。进行了多项体内和体外实验来测试这一假设。例如，本研究使用纳米颗粒跟踪分析（NTA）确认了所使用的NP的大小和数量。
六周大的雄性小鼠被暴露于荧光标记的NP，以研究其在器官中的分布。进行了NP的细胞摄取、血清生化分析、实时PCR和Western blot等实验。
为了了解NP如何影响肠道微生物群，向小鼠口服给药100纳米的聚苯乙烯微粒，每周四次，持续12周，特别是在每周的第1、3、5和7天。同时维持一组未处理的对照小鼠作为参考。
研究发现
在不同的时间点（从3分钟到48小时）观察到100纳米NP的积累。本研究在实验小鼠的小肠、肝脏、盲肠和结肠中检测到了显著水平的NP。
与对照组相比，口服NP暴露增加了小鼠的体重。然而，体重增加幅度较小，且与白色脂肪组织或肝脏重量没有显著变化。NP暴露的小鼠未观察到肠道缩短，这表明肠道细菌而非炎症是NP诱导效应的主要目标。
生化分析显示，12周的NP暴露并未显著改变血清天冬氨酸转氨酶（AST）、丙氨酸转氨酶（ALT）、肌酐（CRE）或血液尿素氮（BUN）水平。这表明肠道微生物群和屏障可能直接受到NP的影响。
本研究观察到，NP可以在24小时治疗后穿透类肠上皮分化的Caco-2细胞和小鼠肠道。进入后，它减少了紧密连接蛋白的表达，包括闭锁带-1（ZO-1）和闭塞蛋白（OCC）。这种破坏导致了特征性的肠道损伤，包括肠道通透性增加或“漏肠”。
基因本体论（GO）分析表明，NP暴露显著改变了小鼠的肠道基因表达和代谢功能。粪便中微小RNA（miRNA）多样性的主成分分析（PCA）显示，NP暴露显著改变了miRNA谱，并减少了特定miRNA的多样性。进一步的深入分析揭示了miRNA作为主要生理功能调节器的作用，特别是与肠道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来干扰紧密连接蛋白的表达，最终破坏肠道环境。预测分析表明，NP暴露上调了miRNA，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-101-3p，这些miRNA影响ZO-1基因的表达。
此外，研究还发现NP暴露增加了小鼠特异性miRNA的表达，如mmu-miR-501-3p和mmu-miR-700-5p，这些miRNA也干扰了ZO-1和MUC-13的表达。
免疫细胞化学（ICC）、qPCR和Western blot分析显示，NP处理降低了小鼠和类肠上皮分化的Caco-2细胞中的MUC-13表达。
随着NP暴露时间的延长，某些独特的细菌种类最初增加然后减少。最显著的影响是特定细菌分类单元的相对丰度发生了变化，而不是总体多样性的简单丧失。例如，乳杆菌科减少，瘤胃球菌科增加。
研究还注意到，在NP暴露的小鼠中，有益的下一代益生菌阿克曼氏菌的丰度增加，尤其是在后期。实验结果表明，NP对肠道微生物群的影响不是由NP的直接毒性引起的，而是通过其他机制。
具体来说，研究显示这种变化是通过来自肠道细胞和某些细菌的外泌体（EVs）介导的，而不是通过NP对细菌生长的直接毒害。Lachnospiraceae sp.衍生的EVs并未影响肠道细菌的生长。
这项研究的新颖之处在于揭示了一种特定机制：NP通过调节EV介导的miRNA传递来改变肠道微环境，进而破坏肠道屏障并选择性地影响细菌分类单元的生长。这代表了NP毒性背景下的一个新描述的途径。
结论
当前研究表明，NP影响特定的细菌分类单元，包括Lachnospiraceae和Ruminococcaceae。NP暴露后肠道微生物群的变化是通过EV介导的宿主-微生物群相互作用实现的。摄入Lachnospiraceae的NP触发了黏蛋白-13表达的抑制。
此外，NP暴露后杯状细胞样细胞释放的EVs促进了Ruminococcaceae的生长，突显了宿主衍生和细菌衍生囊泡之间的复杂相互作用。
需要进一步研究NP对人类和环境健康的影响。虽然这些发现提供了新的见解，说明了NP如何可能破坏肠道健康，但需要注意的是，这些实验是在小鼠中进行的。典型人类暴露剂量和发现的相关性仍有待确定。
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