基于宏基因组学研究微塑料暴露与肠道微生物群之间的关联：一项针对中国66名年轻大学生的初步研究

《Environmental Research》：Study on the association between microplastic exposure and gut microbiota based on metagenomics: A pilot study on 66 young college students in China

肠道菌群与微塑料暴露的关联性研究。采用Py-GCMS和宏基因组测序分析66名中国大学生粪便中6类微塑料（PE、PVC、PS、PP、PET、PA66）的浓度及类型，发现高暴露组（HG）肠道有害菌（Dialister invisus、Clostridium fessum）丰度显著增加，而低暴露组（LG）以Segatella copri为主。PS微塑料对菌群结构影响最大（P<0.05），但未发现代谢通路差异。研究证实微塑料暴露通过改变肠道菌群平衡可能引发健康风险。

　　本研究探讨了微塑料在大学生粪便中的存在情况及其与肠道菌群之间的潜在联系。研究对象为66名年龄在18至23岁之间的大学生，他们来自中国不同城市。通过采用热裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GCMS）对粪便样本进行分析，研究者不仅能够识别微塑料的种类，还能量化其在粪便中的质量浓度。此外，利用高通量测序和宏基因组分析技术，对样本中的肠道菌群进行深入研究，旨在揭示不同微塑料暴露水平下肠道菌群的多样性、组成以及功能变化。研究结果可能为微塑料对人类健康的潜在影响提供重要的科学依据。

微塑料是指粒径小于5毫米的塑料碎片，它们广泛存在于海洋、河流、湖泊、大气、土壤等自然环境中。由于微塑料的不可降解性和持久性，人类在日常生活中不可避免地接触到这些微小的塑料颗粒。微塑料可以通过多种途径进入人体，包括消化道摄入、呼吸道吸入以及皮肤接触。研究发现，微塑料已被检测到存在于人体的多个组织中，如皮肤、粪便、胎盘、血液和尿液，这表明人类暴露于微塑料的途径是多样化的。然而，尽管微塑料的广泛存在已被证实，其对人体健康的具体影响仍不明确。

肠道菌群与宿主健康密切相关，它在维持人体免疫系统、消化吸收功能以及肠道屏障完整性方面发挥着关键作用。在正常情况下，肠道菌群与宿主之间存在复杂的动态平衡，这种平衡一旦被破坏，可能导致肠道菌群失调，从而诱发多种疾病，如营养不良、肥胖、心血管疾病、慢性肝病、慢性肾病和自闭症等。因此，研究微塑料暴露与肠道菌群之间的关系具有重要意义。

本研究发现，所有66份粪便样本中，微塑料的检出率高达98.5%，表明大学生群体中微塑料的暴露非常普遍。粪便中微塑料的中位质量浓度为54.7 μg/g，这比中国学前儿童粪便中检测到的微塑料质量浓度（337.8 μg/g）要低得多。在检测到的微塑料类型中，聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）是最常见的两种，这些材料广泛用于食品包装袋、塑料餐具、食品保鲜膜以及塑料瓶盖等日常用品中。考虑到大学生群体中外卖食品消费率高达84.8%，以及含糖饮料摄入率高达68.6%，这可能增加了微塑料从食品包装中释放并进入人体的风险。

为了准确识别微塑料的种类和质量浓度，研究采用了Py-GCMS技术。该方法能够独立于微塑料颗粒的形状、大小或污染物的存在，实现对多种聚合物和表面添加剂的同时检测。此外，该方法的操作流程相对简单，有助于评估微塑料的暴露水平及其对健康的影响。然而，Py-GCMS方法的一个主要局限性在于其无法提供微塑料颗粒的数量、大小和形状等关键信息，这些信息对于全面评估微塑料对健康的具体影响至关重要。因此，未来的研究可以结合光谱检测和Py-GCMS技术，以更全面地了解人类和环境中的微塑料暴露情况，并进一步探讨其毒理学效应。

研究结果表明，粪便中微塑料的暴露水平与肠道菌群的组成存在显著差异。在低暴露组（LG）中，肠道菌群中某些有益菌种的相对丰度较高，而在高暴露组（HG）中，有害菌种的相对丰度则显著增加。例如，HG中检测到如Dialister invisus、Clostridium fessum和Evtepia gabavorous等与健康相关的菌种丰度上升。其中，Evtepia gabavorous被发现能够消耗γ-氨基丁酸，这种抑制性神经递质的缺乏可能导致焦虑和抑郁等神经系统疾病。Dialister invisus的失调可能与氧化应激、自身免疫和炎症反应有关。此外，研究还发现，PS微塑料对肠道菌群结构的影响最为显著，这可能与其在实验中观察到的毒性作用相关。

从功能层面来看，尽管研究对肠道菌群的基因功能进行了分析，但在第一和第二级别的代谢通路中并未发现两组之间的显著差异。这可能是因为两组的微塑料暴露水平均为日常生活中非干预性的暴露，因此并未引起肠道菌群基因功能的明显变化。然而，这一发现仍然提示我们，微塑料的暴露可能对肠道菌群的组成产生影响，而对功能层面的影响则可能较为有限。

此外，研究还发现，肠道菌群的变化可能对肝脏健康产生影响。肝脏与肠道通过胆道相连，门静脉将肠道菌群的产物输送至肝脏。因此，肠道菌群与肝脏之间形成了一个完整的系统。研究结果表明，微塑料的暴露可能导致某些有益菌种的丰度减少，而有害菌种的丰度增加。这些变化可能增加肝脏疾病的风险，如肝炎、肝硬化和肝癌。因此，未来的研究需要进一步关注微塑料暴露浓度及其对消化系统和肝脏的影响，以更全面地揭示微塑料暴露的毒理学效应。

在研究方法方面，本研究采用了一种相对全面的分析流程，包括样本采集、预处理、微塑料检测以及肠道菌群的宏基因组测序。样本采集过程中，研究者采用了统一的标准化流程，以减少外部污染的可能性。此外，研究中还采用了严格的质控措施，包括使用无污染的玻璃和不锈钢器具，以及通过模拟采样过程生成空白样本，以排除实验过程中可能引入的微塑料污染。这些措施确保了研究结果的可靠性和准确性。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，由于无法获得完全不含微塑料的粪便样本，因此未能设置负对照组。这可能会影响研究结果的解释，尤其是在排除微塑料污染方面。其次，Py-GCMS方法虽然能够提供微塑料的种类和质量浓度信息，但无法检测微塑料的颗粒大小、颜色和形状等特征，这限制了对微塑料暴露特征的深入分析。最后，本研究的样本量相对较小，未能充分探讨微塑料暴露对肠道菌群的全部影响。此外，研究未能探讨微塑料暴露与具体疾病之间的关联，以及肠道菌群紊乱的机制。因此，未来的研究可以考虑采用多组学技术，以更全面地验证微塑料暴露对肠道菌群与炎症反应之间相互作用的机制。

总的来说，本研究首次在大学生群体中检测到了微塑料的存在，并发现其与肠道菌群的组成存在显著关联。高微塑料暴露水平可能增加有害菌种的丰度，从而对肠道健康产生潜在影响。PS微塑料对肠道菌群结构的影响尤为显著，这提示我们应更加关注PS微塑料在环境中的分布及其对人体健康的影响。未来的研究应进一步优化检测方法，扩大样本量，并结合多组学技术，以更深入地理解微塑料暴露对肠道菌群和宿主健康的影响。同时，研究还应关注微塑料暴露对其他器官系统的潜在影响，以全面评估其对人类健康的威胁。