微/纳米塑料(MNPs)在人类肝脏中被检测到,并对人类健康构成重大风险。口服暴露于不可生物降解塑料衍生的微/纳米塑料可诱导小鼠肝脏毒性,鼻腔暴露于不可生物降解塑料会导致小鼠气道生态失调。然而,食源性和空气中可降解微/纳米塑料引起的肝毒性尚不清楚。
近年来,科学家在人类的肠胃、肺部以及胎盘等多个器官中发现了MNPs;去年,来自首都医科大学的研究学者竟在与外部环境没有接触的器官「心脏及其周围组织」中监测到MNPs,说明MNPs的污染已达到了人体最深的解剖结构。
按照重量估计,每人每周大约吃掉5g微塑料,相当于一张银行卡的重量!还真是活到老,吃塑料到老。
微塑料在人体内的分布情况
李兰娟院士团队在Environmental Science and Ecotechnology上发表的文献“Polylactic acid micro/nanoplastic-induced hepatotoxicity:Investigating food and air sources via multi-omics”揭示了生物可降解聚乳酸微/纳米塑料的肝毒性作用。
本研究通过对接触微塑料和纳米塑料的小鼠的肠道、粪便、鼻、肺、肝和血液样本的多组学分析,本研究揭示了生物可降解聚乳酸微/纳米塑料的肝毒性作用。研究结果表明,食源性和空气中的生物可降解聚乳酸微/纳米塑料都会损害肝功能,破坏血清抗氧化活性,并导致肝脏病理。食源性微/纳米塑料导致肠道微生物失调、肠道和血清的代谢改变以及肝脏转录组变化。空气传播的微/纳米塑料影响鼻和肺的微生物群,改变肺和血清代谢物,并破坏肝脏转录组。
本研究共纳入了60只雄性无特定病原体的癌症研究所小鼠,用聚乳酸(PLA)纳米塑料颗粒(NP,50纳米)和微塑料颗粒(MP,5毫米)处理小鼠:PLA NPs(50纳米)和MPs(5微米)。小鼠随机分配到六个组,即食物NP组(FQ)、食物MP组(FR)、食物对照组(FNC)、空气NP组(AQ)、空气MP组(AR)和空气对照组(ANC),每组10只。它们被饲养在22℃、光照/黑暗周期为12:12的环境中,持续7天以适应新环境。
在食源性MNP部分,FQ组、FR组和FNC组的小鼠每天分别口服100毫升含有0.2毫克NPs、0.2毫克MP和0毫克MNPs的无菌水。在麻醉小鼠以收集血液、肝脏、粪便和结肠之前,每天进行口服灌胃,持续六周。
在空气传播MNP部分,AQ组、AR组和ANC组的小鼠分别通过鼻腔给予10毫升含有0.03毫克NPs、0.03毫克MP和0毫克MNPs的无菌盐水。在麻醉小鼠以收集鼻腔组织、肺、肝脏和血液之前,每三天进行一次鼻腔暴露,持续42天。
进一步对血清转氨酶(天冬氨酸转氨酶(AST)和丙氨酸转氨酶(ALT))及抗氧化生物标志物(总抗氧化能力(T-AOC)和超氧化物歧化酶(SOD))测定、对小鼠结肠肝脏组织学分析,对小鼠粪便、鼻腔和肺部样本提取DNA及转录组分析。
图1:实验组和对照组血清生化参数和组织学变化
实验结果表明,相比于对照组,接触食物或空气纳米微塑料的小鼠转氨酶明显增高,食入纳米微塑料小鼠组的血清T-AOC水平降低。食入纳入微塑料小鼠肝脏中确定存在肝细胞肿胀、点状坏死、细胞空泡化和核固缩。鼻腔注入纳米微塑料小鼠组(AQ和AR组)除肝脏观察到上述变化外,肺部还观察到出血、炎性细胞浸润和渗出物。
转录组学进一步分析提示食源性纳米微塑料改变肠道微生物群组成。食入纳米塑料组和食入微塑料组的细菌科中,毛螺菌科丰度最高,而食物对照组中最丰富的细菌科是乳杆菌科。
食物NP组(FQ)、食物MP组(FR)、食物对照组(FNC)之间的肠道代谢谱存在差异,食物NP组和食物MP组分别有752个和637个肠道代谢物发生改变。FQ组、FR组和FNC组的血清代谢谱之间食物NP组(FQ)、食物MP组(FR)、食物对照组(FNC)之间也存在差异,食物NP组和食物MP组共有832种和753种血清代谢物发生改变。
图2:实验组和对照组肺微生物群的主要成分及多样性指标
食物NP组(FQ)、食物MP组(FR)和食物对照组(FNC)之间的肝脏转录组谱存在某些差异。食物NP组和食物MP组分别有307和262个肝脏差异表达基因(DEGs)发生改变。鼻腔注入纳米微塑料小鼠组(AQ、AR和ANC组)之间的肺部代谢谱存在差异。AQ和AR组分别升高了864和596种肺部代谢物。AQ、AR和ANC组之间的血清代谢谱也存在差异。AQ和AR组分别有503和664种血清代谢物发生改变。在食入纳米微塑料组中,显著上调的基因富集在炎症和氧化应激相关的通路中。而在鼻腔注入纳米微塑料小鼠组中,显著上调的基因则富集在炎症和代谢相关的通路中。
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