微塑料与四环素联合暴露通过肠道菌群-骨轴损害幼鼠骨骼发育的机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Combined exposure to microplastics and tetracycline leads to impaired skeletal development in young mice by the microbiota gut bone axis

本研究针对微塑料(MPs)和四环素(TCs)复合污染对儿童骨骼发育影响的机制空白，通过构建幼鼠联合暴露模型，首次揭示MPs与TCs通过破坏肠道菌群稳态、诱发全身炎症反应，进而抑制Wnt/β-catenin通路导致软骨内成骨障碍的新机制。该研究为环境污染物健康风险评估提供了关键理论依据，发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

　　

在工业高速发展的今天，微塑料(MPs)和四环素类抗生素(TCs)作为两类典型的环境污染物，正通过食物链和饮用水悄然进入人体。尤其对于处于生长发育关键期的儿童，这两种污染物的复合暴露可能带来潜在的健康威胁。尽管已有研究关注单一污染物的毒性效应，但关于MPs和TCs联合作用如何影响骨骼发育，特别是其背后的生物学机制，至今仍是未解之谜。更值得注意的是，现实环境中污染物往往以复合形式存在，MPs更可能作为“特洛伊木马”携带TCs进入生物体，产生协同毒性效应。这一科学问题亟待深入探索。

南昌大学第二附属医院儿科团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表的研究，首次在哺乳动物模型中系统揭示了MPs和TCs联合暴露通过微生物-肠-骨轴损害骨骼发育的完整机制链。研究人员通过为期8周的幼鼠暴露实验，模拟环境相关剂量的MPs(10 mg/L)和TCs(12 mg/L)单独及联合暴露场景，综合运用显微CT、16S rRNA测序、组织病理学和分子生物学等技术，从整体动物到分子水平层层深入，阐明了从肠道损伤到骨骼发育异常的完整病理过程。

研究的关键技术方法包括：建立幼鼠环境污染物暴露模型，通过显微CT进行胫骨微结构三维重建和骨参数定量分析，采用16S rRNA基因测序分析粪便微生物群落结构，运用ELISA检测炎症因子和血清LPS水平，结合H&E染色、番红O固绿染色评估组织病理变化，并通过RT-qPCR、免疫组化和免疫荧光技术检测关键基因和蛋白表达。

3.1. MPs和TCs抑制机体生长和长骨发育

研究发现联合暴露组小鼠体重显著增加，但胫骨长度和胫骨/体长比显著降低，提示污染物可能引起体重异常增长与骨骼发育不同步。

3.2. MPs和TCs导致幼鼠骨损伤

显微CT显示联合暴露组骨小梁稀疏、骨密度(BMD)降低、皮质骨变薄。组织学分析进一步证实生长板变薄、骨小梁排列紊乱，软骨内成骨相关基因表达显著下调。

3.3. MPs和TCs引起幼鼠肠道损伤

肠道病理显示杯状细胞减少、炎症细胞浸润、紧密连接蛋白Occludin表达下降，结肠TNF-α、CRP和血清LPS水平显著升高，表明肠道屏障功能严重受损。

3.4. MPs和TCs联合暴露诱导幼鼠肠道菌群失调

16S rRNA测序揭示联合暴露组微生物群落结构发生显著改变，Firmicutes/Bacteroidetes比率降低，有益菌属如乳酸杆菌减少，而促炎菌属Allobaculum富集。短链脂肪酸(SCFAs)含量显著下降，与肠道屏障损伤和炎症状态密切相关。

3.5. 属水平肠道菌群变化及相关分析

Spearman相关分析显示特定菌属丰度与骨健康参数显著相关，如乳酸杆菌与炎症指标负相关，Allobaculum与骨密度负相关，建立了菌群-骨骼的统计学关联。

3.6. MPs和TCs联合暴露通过Wnt/β-catenin信号通路阻碍幼鼠骨骼生长发育

机制研究表明，肠道来源的LPS进入骨骼后抑制Wnt/β-catenin通路关键蛋白Wnt4和β-catenin表达，进而影响胶原形成、软骨细胞增殖分化和凋亡过程，最终抑制软骨内成骨。

研究结论明确指出，MPs和TCs联合暴露通过“微生物-肠-骨轴”引起幼鼠骨骼发育障碍。这种协同毒性源于MPs作为载体增强TCs生物利用度，共同破坏肠道屏障完整性，诱发菌群失调和全身炎症，进而通过抑制Wnt/β-catenin通路阻碍软骨内成骨。该研究不仅首次在哺乳动物中证实了环境污染物通过肠-骨轴影响骨骼发育的新机制，还为儿童骨骼发育性疾病的预防提供了新思路，强调在环境健康风险评估中必须重视复合污染物的协同效应。尽管研究存在剂量和暴露途径相对单一等局限性，但其建立的系统性病理链条为后续研究奠定了坚实基础，对制定环境管理策略和防治骨骼发育相关疾病具有重要意义。