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客戶案例 | Environ Int（IF 13）：微塑料如何通過腸道微生物與代謝物影響人體健康

麥特繪譜

2022.10.20

微型/納米塑料（MNPLs）是尺寸分別小于5mm和小于0.1μm的塑料纖維、顆粒或薄膜，人類生活環境和日常生活必需品，是一種新型的環境污染物，廣泛存在于環境和生命中且極難降解，給人類健康帶來危害。已有研究報道NMPLs可以穿透骨髓，影響骨髓細胞基因表達，引起血液學參數的變化。

2022年2月8日，首都醫科大學高艾教授與團隊在Environment International（IF=13.352）期刊在線發表了題為“Polystyrene micro-/nanoplastics induced hematopoietic damages via the crosstalk of gut microbiota, metabolites, and cytokines”的文章。該研究旨在闡明聚苯乙烯-MNPLs（PS-MNPLs）引起的造血損傷的潛在機制，通過結合16S rRNA基因測序、代謝組學分析和細胞因子芯片分析腸道微生物群-代謝物-細胞因子軸在PS-MNPLs誘導血液毒性中的作用，證明了PS-MNPLs可導致造血功能障礙，為 PS-MNPLs 毒性提供了新見解，并為后期治療奠定了基礎。（麥特繪譜提供Q300全定量代謝組學檢測分析）

首先，研究人員分別給小鼠灌胃60μg劑量的PS-MNPLs（三種規格：10μm，5μm和80 nm）和純水，結果發現，PS-MNPLs處理可導致小鼠體重降低，免疫相關器官的內臟比率顯著改變，導致免疫系統損傷。進一步分析表明，PS-MNPLs可引起造血毒性，表現為骨髓細胞排列紊亂，細胞集落形成、自我更新和分化能力降低，淋巴細胞比例增加。

圖1. 掃描電鏡下三種不同規格的PS-MNPLs形態

隨后，研究人員對小鼠盲腸內容物進行16S rRNA測序分析，結果表明，PS-MNPLs可顯著影響腸道微生物群的多樣性，在門水平上，與對照組相比，PS-MNPLs處理組的擬桿菌顯著富集；屬水平上，處理組與對照組之間有100個屬存在顯著差異。此外，NP-80對腸道菌群的影響遠小于MP-10和MP-5。

腸道菌群往往通過代謝物來影響宿主健康，因此，進一步對血漿樣本進行靶向代謝組學分析，共絕對定量到205個小分子代謝物。三個PS-MNPLs處理組均篩選到一定數量的差異代謝物，主要集中在肉堿、脂肪酸、氨基酸、有機酸、膽汁酸、短鏈脂肪酸和咪唑類中。通路富集分析發現，超長鏈脂肪酸的β氧化、丙酸代謝和脂肪酸生物合成是三個主要受影響的代謝途徑。

圖2. PS-MNPLs對細胞因子的影響

另外，小鼠血漿中的細胞因子檢測結果表明，PS-MNPLs暴露會引起炎癥，IL-12p40 和 IL-10 在所有組中均存在顯著差異，表明它們可以作為 PS-MNPLs 誘導細胞因子變化的重要標志物。

研究人員進一步分析腸道微生物群、代謝物和細胞因子與造血損傷的相關性，結果表明，PS-MNPLs引起的腸道菌群紊亂可能通過調節代謝物來影響炎癥因子，最終導致造血系統損傷，并且血液毒性因PS-MNPLs顆粒大小而異，顆粒越小，血液毒性越大。

圖3. 腸道微生物群、代謝物和細胞因子與造血損傷的相關性分析

綜上，本研究為闡明PS-MNPLs與造血功能障礙之間關系提供了證據。同時，腸道微生物群、代謝物和炎癥細胞因子的破壞可能是PS-MNPLs誘導造血損傷的關鍵因素。上述研究結果為腸道微生物組、代謝組和炎癥之間的相互作用提供了大量證據。這些與腸道微生物群代謝物炎癥軸有關的因素可以作為探索MNPLs誘導造血毒性的診斷生物標志物，但相關的歸因、方向性和縱向關聯需要進一步探討。

原文文獻

Polystyrene micro-/nanoplastics induced hematopoietic damages via thecrosstalk of gut microbiota, metabolites, and cytokines. Environment International. 2022.

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