在环境和生物体中发现了微/纳米塑料 （MNP）。聚乳酸 （PLA） 以其高生物相容性而闻名，号称‘环保’的材料，被广泛用于外卖盒等食品包装，PLA 纳米塑料 （NP） 可以从商业茶包中释放出来。发现 PLA 面罩会释放 MNP，MNP 可以进入人体气道 。据估计，一个人每周摄入 0.1-5 g MNP 。因此，空气传播和食源性 PLA MNP 可能会影响人类健康。据研究报道，NP 和微塑料 （MP） 不仅可以改变不同生物体的肠道微生物群。而且还发现空气传播的 PS MNP 可诱导气道菌群失调。
近日，浙江大学医学院附属第一医院李兰娟院士团队在 Environmental Science and Ecotechnology 期刊发表了题为：Polylactic acid micro/nanoplastic-induced hepatotoxicity: Investigating food and air sources via multi-omics 的研究论文。该研究揭示了：食源性 PLA MNP 暴露可诱导肠道微生物群、肠道和血清代谢组发生变化，并导致肝脏转录组学变化和肝毒性；而空气传播的 PLA MNP 暴露可诱导气道微生物群、肺和血清代谢组的改变，并导致肝脏转录组学变化和肝毒性。因此再本次研究中，作者确定了：（1） 食源性可生物降解的 PLA MNP 会影响“肠道微生物群-肠-肝”轴并诱导肝毒性（2） 空气传播的可生物降解 PLA MNP会破坏“气道微生物群-肺-肝”轴并引起肝毒性。
研究概要：
在人体肝脏中检测到微/纳米塑料 （MNP），对人类健康构成重大风险。口服来自不可生物降解塑料的 MNP 可诱导小鼠肝脏中毒。同样，鼻腔暴露于不可生物降解的塑料会导致小鼠气道菌群失调。然而，人们对食源性和空气传播的可生物降解 MNP 诱导的肝毒性仍然知之甚少。在这里，作者通过对小鼠的各种生物样品（包括肠道、粪便、鼻腔、肺、肝脏和血液样品）进行多组学分析，展示了可生物降解的聚乳酸 （PLA） MNP 的肝毒性作用。作者的结果表明，食源性和空气传播的 PLA MNP 都会损害肝功能，破坏血清抗氧化活性，并引起肝脏病变。具体来说，食源性 MNP 会导致肠道微生物群落失调、肠道和血清代谢改变以及肝脏转录组学变化。空气传播的 MNP 影响鼻腔和肺微生物群，改变肺和血清代谢物，并破坏肝脏转录组学。肠道Lachnospiraceae_NK4A136_group是食源性 PLA MNP 暴露的潜在生物标志物，而鼻腔未分类_Muribaculaceae 和肺克雷伯氏菌是空气传播 PLA MNP 暴露的潜在生物标志物。相关结果表明，食源性 PLA MNPs 可影响“肠道菌群-肠-肝”轴并诱导肝毒性，而空气传播的 PLA MNP 可破坏“气道微生物群-肺-肝”轴并引起肝毒性。这些发现对诊断 PLA MNP 诱导的肝毒性和管理环境中的可生物降解材料具有重要意义。作者目前的研究可能是可生物降解 MNP 诱导的肝毒性的起点。需要更多的研究来验证和抑制对 MNP 诱导的肝毒性至关重要的途径。
1、研究材料与方法：
MNP 引起肝脏和肺部病变，测定 FQ 和 FR 组肝脏中肝细胞肿胀、斑点状坏死、细胞空泡化和核细胞脓肿。相比之下，食源性 MNP 组和对照组的结肠中没有观察到明显的病理变化。在鼻暴露切片中，在 AQ 和 AR 组的肺部观察到出血、炎性细胞浸润和渗出物 。测定 AQ 和 AR 组肝脏中的肝细胞肿胀、细胞空泡化和核脓性。
（2）食源性 MNP 改变了肠道微生物群
食源性 MNP 改变了肠道菌群组成：厚壁菌门是 FQ、FR 和 FNC 组中最丰富的细菌门，占肠道菌群的 60% 以上。细菌科 Lachnospiraceae 在 FQ 和 FR 组中均丰度最高，而乳杆菌科是 FNC 组中最丰富的细菌科。FQ 、 FR 和 FNC 组之间肠道微生物群的 α 多样性相似。与 FNC 组 （52.31%） 相比，FQ （42.88%） 和 FR （34.7%） 组肠道微生物群的平均相似性较低。
LEfSe 确定了与 FQ 和 FR 组相关的多种肠道细菌，其中 Lachnospiraceae_NK4A136_group、Lachnospiraceae_A2 和 Helicobacter 与 FQ 组最相关，而 Lachnospiraceae_NK4A136_group、Roseburia 和 Helicobacter 与 FR 组相关最。FQ 和 FR 组中共有 8 种肠道细菌，其中 Lachnospiraceae_NK4A136_group 最富集 。
食源性 MNP 改变了肠道微生物功能通路：FQ 和 FR 组的多种肠道微生物功能通路上调，其中 “ABC 转运蛋白” 、 “鞭毛组装” 和 “细菌趋化性” 在两组中上调最高。
（3）空气传播的 MNP 改变了鼻腔微生物群
空气传播的 MNP 改变了鼻腔微生物群的组成：在门水平上，厚壁菌门在 AQ、AR 和 ANC 组中最丰富，每组都占鼻腔微生物群的 50% 以上。葡萄球菌科是 AQ、AR 和 ANC 组中最丰富的鼻科。AQ 组和 AR 组的鼻腔 α 多样性指数均高于 ANC 组。与 ANC 组 （17.36%） 相比，AQ （18.36%） 和 AR （22.22%） 组鼻腔微生物群的平均相似性略高。
多个鼻腔细菌与 AQ 和 AR 组相关，其中 unclassified_Muribaculaceae、Lachnospiraceae_NK4A136_group 和不动杆菌在 AQ 组中显著上调，而 unclassified_Muribaculaceae、乳酸杆菌和孢子肉菌在 AR 组中基本上调。AQ 组和 AR 组均有 20 个鼻腔细菌上调，其中 unclassified_Muribaculaceae 个是最丰富的一个。
空气传播的 MNP 改变了鼻腔微生物功能通路：AQ 和 AR 组鼻腔微生物群的多个功能途径上调，其中“鞭毛组装”、“细菌趋化性”和“细胞周期 – caulobacter”在两组中上调最高。
（3）空气传播的 MNP 改变了肺微生物群
空气传播的 MNP 改变了肺微生物群的组成：在门水平上，厚壁菌门和变形菌门在 AQ 和 AR 组的肺菌群中含量最高，而厚壁菌门和拟杆菌门在 ANC 组的肺菌群中丰度最高。肠杆菌科、毛螺菌科和毛螺菌科占 AQ 和 AR 组肺菌群的 30% 以上，而毛毛菌科、毛螺菌科和葡萄球菌科是 ANC 组中最丰富的三个肺细菌家族。与 ANC 组相比，AQ 和 AR 组观察到的肺细菌物种较低。AR 组 Shannon 指数降低 ，而 AQ 组 Pielou 指数升高。与 ANC 组相比，AQ 和 AR 组肺微生物群的平均相似性降低，分别为 8.02% 、 9.81% 和 49.34%。
PERMANOVA 结果表明 AQ、AR 和 ANC 组之间的肺微生物群组成不同 （R2 = 0.2，P < 0.001）。与 ANC 组相比，AQ 和 AR 组肺菌群组成均发生改变 （R2 > 0.22，P < 0.001 ）。多个肺细菌与 AQ 和 AR 组相关，其中 5 个肺细菌在 AQ 和 AR 组中均普遍富集。克雷伯氏菌 （Klebsiella） 、 Clostridium_sensu_stricto_1 和埃希氏菌 （Escherichia-Shigella） 与两组相关性最强。
空气传播的 MNP 改变了肺微生物功能通路：AQ 和 AR 组的各种肺微生物功能通路上调。AQ 组的“鞭毛组装”、“卟啉和叶绿素代谢”和“苯丙氨酸代谢”的上调最严重，而 AR 组的“鞭毛组装”、“细菌趋化性”和“苯丙氨酸代谢”的上调最严重。
（4）食源性 MNP 诱导的肠道和血清代谢改变
发现 FQ 、 FR 和 FNC 组之间的肠道代谢谱存在差异。FQ 组和 FR 组分别有 752 和 637 种改变的肠道代谢物。同样，确定了 FQ 、 FR 和 FNC 组血清代谢谱之间的差异。FQ 和 FR 组分别有 832 和 753 种血清代谢物发生改变。
改变的肠道代谢产物主要与 FQ 组的 “类固醇激素生物合成” 、 “癌症中枢碳代谢” 和 “ABC 转运蛋白” 等强化途径有关;FR 组的“癌症中的中心碳代谢”、“蛋白质消化和吸收”以及“氨酰基-tRNA 生物合成”。FQ 和 FR 组共有 18 条肠道通路富集，其中 “癌症中心碳代谢” 上调最高。
FQ 组富含“亚油酸代谢”、“花生四烯酸代谢”和“色氨酸代谢”等血清途径，而“亚油酸代谢”、“药物代谢 - 其他酶”和“色氨酸代谢”等血清途径。FQ 和 FR 组有 4 种血清通路增强，其中“亚油酸代谢”最富集。
食源性 MNP 诱导的肝脏转录组改变：确定了 FQ 、 FR 和 FNC 组之间的肝脏转录组谱的一些变化 。FQ 组和 FR 组分别有 307 个和 262 个肝脏 DEGs 发生改变。FQ 组主要富集了分别属于生物过程、细胞成分和分子功能的三个肝脏 GO 术语，即染色质沉默、细胞外区域和核小体 DNA 结合的负调控，而核小体组装最富集。FQ 和 FR 组富集了两组不同的 9 条肝脏通路，其中 FQ 和 FR 组的“昼夜节律”上调最高。
（5）空气传播的 MNP 诱导的肺和血清代谢改变
PCA 显示 AQ、AR 和 ANC 组之间肺代谢谱的变化。AQ 组和 AR 组分别有 864 和 596 种肺代谢物升高。AQ、AR 和 ANC 组的血清代谢特征不同。AQ 组和 AR 组分别有 503 和 664 种血清代谢物发生改变。
改变的肺代谢产物主要与 AQ 组的“类固醇激素生物合成”、“花生四烯酸代谢”、“嘌呤代谢”等通路有关;AR 组的“花生四烯酸代谢”、“类固醇激素生物合成”和“癌症中的胆碱代谢”。AQ 和 AR 组均富集 9 条肺通路，其中“花生四烯酸代谢”上调最严重。
AQ组“癌症中心碳代谢”、“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢”、“丁酸代谢”和“蛋白质消化吸收”等血清通路上调，而AR组“蛋白质消化吸收”、“色氨酸代谢”、“苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成”和“癌症中心碳代谢”等血清通路富集。AQ 和 AR 组均富含 11 条血清通路，其中“癌症中枢碳代谢”和“蛋白质消化吸收”显著增强。
空气传播 MNP 诱导的肝脏转录组改变：AQ 和 AR 组的多个肝脏通路上调，其中 “酒精中毒” 、 “系统性红斑狼疮” 和 “中性粒细胞胞外陷阱形成” 在两组中都基本上调 。
（6）MNPs的网络调控分析和多组学分析
（1）食源性 PLA MNP 破坏肠道菌群-肠道-肝脏轴并引起肝毒性。
（2）空气传播的 PLA MNP 影响气道微生物群-肺轴并诱导肝毒性。
（3）食源性和空气传播的 PLA NP 和 MP 在小鼠中诱导独特的改变。
