微塑料入侵:0.166g浓度下引起肠道菌群结构剧变

学术   2024-11-06 18:11   北京  

【CMT&CHTV 医学前沿·临床经典】


导语:现代生活中,矿泉水瓶、塑料包装等无处不在,由此引起的的微塑料污染已成为全球性环境难题,其对人体健康的影响备受关注。一项研究深入探讨了微塑料如何影响我们的肠道微生物群,而这一影响与消化健康和免疫系统平衡息息相关。

在环境污染日益严重的今天,微塑料(MP)已成为全球关注的焦点。它们广泛存在于环境中,并通过食物链进入人体,引发了一系列健康问题。2024年7月10日,Environment International杂志发表了一篇题为“Single exposure of food-derived polyethylene and polystyrene microplastics profoundly affects gut microbiome in an in vitro colon model”的文章,深入探讨了聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)微塑料对健康人群结肠微生物群落的影响。这项研究不仅响应了公众对微塑料污染的担忧,也揭示了其对肠道健康的潜在影响,与当前社会健康问题紧密相连。


01
研究方法


本研究采用了体外模拟肠道模型(MICODE)来评估单一摄入PE和PS微塑料混合物对健康志愿者结肠微生物群落生态和代谢活动的影响。研究中,PE和PS微塑料被均匀混合,通过INFOGEST系统消化,然后在MICODE中进行发酵,模拟食物来源的微塑料可能的单次摄入量。研究分为三组:高剂量组(0.166 g)、低剂量组(0.033 g)和对照组(无菌水),每组均在24小时和48小时两个时间点进行评估。主要评价指标包括微生物群落的变化、细菌代谢活动的变化以及挥发性代谢物的变化。

02
研究结果

  微塑料对肠道微生物群落结构的影响


研究结果揭示了微塑料对肠道微生物群落结构的显著影响。在高剂量微塑料处理下,机会性致病菌如肠杆菌科、脱硫弧菌属、Ⅰ型梭菌群和Atopobium-Collinsella群的数量显著增加,而除了乳酸菌目外,其他有益菌群的数量则有所减少。

具体数据显示,高剂量微塑料处理后,乳酸菌目的增长是低剂量处理的2.64倍。此外,双歧杆菌科在高剂量微塑料处理下的数量显著降低,与对照组相比几乎降低了三倍。这些变化表明,微塑料的存在可能为某些机会性细菌提供了竞争优势,从而影响了肠道微生物群落的平衡。

  微塑料对肠道微生物群落功能的影响


微塑料对肠道微生物群落功能的影响同样显著。研究中发现,微塑料显著降低了短链和中链有机酸的产生,这些有机酸对宿主健康具有积极作用。特别是在高剂量微塑料处理下,所有有机酸在48小时后显著减少,其中4种有机酸的检测水平低于检测限。

相比之下,低剂量微塑料处理下,3种有机酸与空白对照无显著差异,而乙酸、己酸、辛酸和壬酸的水平低于空白对照。这些结果表明,微塑料的存在可能抑制了有益菌群的代谢活动,从而影响了肠道微生物群落的功能。

  微塑料对挥发性有机化合物产生的影响


微塑料对挥发性有机化合物(VOC)的产生也产生了显著影响。研究中发现,高剂量微塑料处理下,所有检测的有害芳香化合物的产生显著增加,增幅约为4~7倍。低剂量微塑料处理下,虽然VOC的增加较为温和,但对p-甲酚的增加量是空白对照的两倍。

这些有害化合物的增加可能与微塑料处理下某些菌群的增长有关,如肠杆菌科、Ⅰ型梭菌群和Atopobium-Collinsella群,这些菌群在氨基酸发酵过程中产生酚类和吲哚等有害代谢物(图1)。

注:基线绝对定量值以mg/kg为单位,在表S6中报告。在含有0.166克和0.033克微塑料混合物的体外结肠批量发酵24小时和48小时后记录了变化,同时设有水对照组。每个图表都是根据每个时间点和重复实验得到的原始数据制作的。
图1 有害微生物挥发性有机化合物(VOC)代谢物的丰度变化,以相对于基线(红线)的相对丰度的标准化尺度表示。

  微塑料与肠道微生物群落及代谢物的相关性分析


通过分析,研究发现了微生物群落与代谢物之间的明确相关性。例如,乙酸与Ⅳ型梭菌群、长双歧杆菌和双歧杆菌科呈强正相关,而与非诺酸、辛酸、丁酸和有害芳香化合物呈负相关。

此外,肠杆菌科、Ⅰ型梭菌群和Atopobium-Collinsella群与不同酚类化合物的合成呈强正相关。这些相关性分析结果为理解微塑料如何通过影响肠道微生物群落进而影响宿主健康提供了新的视角。

03
总结讨论

这项研究采用了体外模拟肠道模型,能够更精确地模拟人类结肠环境,为微塑料与肠道微生物群相互作用的研究提供了独特视角。此外,本研究不仅关注了微生物群落的变化,还结合了代谢组学的方法,全面评估了微塑料对肠道健康的影响。

这些发现为理解微塑料如何影响人类健康提供了重要的科学依据。随着微塑料污染的不断加剧,这项研究的成果对于制定相关政策和干预措施具有重要意义。

参考文献
NISSEN L, SPISNI E, SPIGARELLI R, et al. Single exposure of food-derived polyethylene and polystyrene microplastics profoundly affects gut microbiome in an in vitro colon model. Environ Int. 2024 Aug; 190: 108884. doi: 10.1016/j.envint.2024.108884

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编辑:耳东
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