低剂量聚苯乙烯微塑料暴露通过破坏肠道屏障完整性和肠道微生物群稳态增加肥胖诱导的代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)易感性

【字体: 时间:2025年05月22日 来源:Ecotoxicology and Environmental Safety 6.2

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  【编辑推荐】为探究微塑料(MPs)与高脂饮食(HFD)对 MASLD 的联合作用,研究人员以 C57BL/6J 小鼠为模型,发现低剂量 MPs 暴露与 HFD 协同加剧肠道屏障损伤、菌群失调及 MASLD 进展,且撤去暴露后损伤难逆转,为 MASLD 防治提供新方向。

  在现代社会,肥胖及代谢性疾病的高发已成为全球健康难题。代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)作为一种与代谢异常密切相关的肝脏疾病,其发病率近年来显著上升。目前,人们已认识到高脂饮食(HFD)等高能食物摄入是 MASLD 的重要诱因,而环境污染物如微塑料(MPs,粒径 < 5 mm 的塑料颗粒)对 MASLD 的影响却尚未完全明晰,尤其是长期低剂量 MPs 暴露与 HFD 共同作用对 MASLD 进展的影响机制亟待深入探究。在此背景下,北京同仁医院的研究人员开展了相关研究,其成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》,为揭示 MASLD 的环境致病因素提供了关键线索。
研究人员选用 C57BL/6J 雄性小鼠,构建了正常饮食(NC)、正常饮食 + MPs(PS)、高脂饮食(HFD)、高脂饮食 + MPs(HFPS)共 4 组模型,进行为期 14 周的干预实验,并在第 12 周时将部分 HFD 和 HFPS 组小鼠撤去原有处理(分别设为 HFLW 和 HFLWPS 组),继续观察 2 周,以评估损伤的可逆性。研究中采用了多种关键技术:通过 16S rRNA 测序分析肠道菌群组成及多样性,利用 FITC - 葡聚糖法检测肠道通透性,借助 H&E 染色、Oil Red O 染色等组织学方法评估肝脏和结肠的病理变化,同时运用生化试剂盒检测氧化应激指标(如 SOD、GPx、MDA)、炎症因子(如 TNF-α、IL-6)及肝功能指标(如 ALT、AST)等。

3.1 MPs 暴露和 HFD 喂养加剧肠道通透性


研究发现,单独 MPs 暴露或 HFD 喂养均会导致小鼠结肠组织中紧密连接蛋白 Occludin 和 ZO-1 表达减少,肠道通透性显著增加(血清 FITC - 葡聚糖和血浆 LPS 水平升高),且 HFPS 组的损伤程度显著高于单一处理组,呈现 “双重打击” 效应。组织学染色显示,HFPS 组小鼠结肠黏膜结构破坏更严重,杯状细胞数量减少,肠腺长度缩短,表明 MPs 与 HFD 协同破坏肠道屏障。

3.2 MPs 暴露在 HFD 喂养条件下促进肠道功能障碍


TUNEL 染色及分子检测表明,MPs 联合 HFD 显著诱导结肠上皮细胞凋亡,上调炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-β)mRNA 表达,下调杯状细胞功能相关基因(Klf4、Muc1、Muc2)。氧化应激指标显示,HFPS 组小鼠结肠组织中抗氧化酶(SOD、GPx、CAT)活性及总抗氧化能力(TEAC)显著降低,而脂质过氧化产物(MDA)和炎症标志物(MPO)水平显著升高,进一步证实了二者协同加剧肠道氧化损伤和炎症反应。

3.3 MPs 暴露加 HFD 喂养导致明显的肠道菌群失调


16S rRNA 测序结果显示,HFD 或 MPs 暴露均导致肠道菌群 α 多样性降低,且 HFPS 组菌群结构与其他组差异显著。在门水平上,HFPS 组厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)丰度增加,疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)减少;在家族水平上,Akkermansiaceae 等有益菌减少,Erysipelotrichaceae、Enterobacteriaceae 等致病菌增加,表明 MPs 与 HFD 共同诱导了肠道菌群失调,破坏了有益菌与致病菌的平衡。

3.4 MPs 暴露恶化 HFD 诱导的 MASLD 表型


肝脏病理评估显示,HFPS 组小鼠肝脂肪变性、炎症和气球样变评分显著高于其他组,Oil Red O 染色及生化检测证实其肝内脂质(TG、TC)蓄积及血清肝功能指标(ALT、AST)异常更为严重,表明 MPs 暴露显著加剧了 HFD 诱导的肝脏损伤,进一步验证了二者的协同致病作用。

3.5 MPs 暴露破坏了体重减轻介导的肠道通透性和功能障碍的恢复


撤去 HFD 或 HFPS 处理后,HFLW 组小鼠肠道屏障功能(Occludin 和 ZO-1 表达、FITC - 葡聚糖水平)及氧化应激指标显著恢复,而 HFLWPS 组仅部分指标回到 HFD 组水平,提示 MPs 诱导的损伤具有更强的不可逆性,可能与肠道菌群和屏障功能恢复受限有关。

3.6 MPs 暴露通过肠 - 微生物 - 肝轴阻碍体重减轻介导的 MASLD 表型改善


撤去处理后的菌群分析显示,HFLW 组菌群 α 多样性回升,有益菌(如 Akkermansiaceae、Lachnospiraceae)丰度恢复,而 HFLWPS 组菌群恢复有限。肝脏表型评估表明,HFLW 组 MASLD 病理显著改善,而 HFLWPS 组改善不明显,证实 MPs 通过肠 - 肝轴持续影响 MASLD 的恢复。

3.7 微生物生物标志物可能有助于 MPs 暴露和 HFD 喂养的联合效应


LEfSe 分析筛选出不同组的微生物标志物,NC 组富集 Bacteroidetes、Verrucomicrobia 等有益菌,而 MPs 和 HFD 处理组富集 Firmicutes、Proteobacteria 等致病菌。功能预测显示,MPs 联合 HFD 干扰了肠道菌群的代谢通路,破坏了需氧菌与厌氧菌的平衡,进一步解释了其协同致病机制。

研究结论表明,低剂量 MPs 暴露与 HFD 协同通过破坏肠 - 微生物 - 肝轴,加剧肠道屏障损伤、菌群失调及氧化炎症反应,从而促进 MASLD 的发生发展,且这种联合损伤在撤去暴露后难以逆转,提示 MPs 暴露可能是 MASLD 的重要环境风险因素。该研究不仅揭示了 MPs 与代谢性疾病的关联,也为 MASLD 的防治提供了新视角 —— 除控制饮食外,减少 MPs 暴露或通过调节肠道菌群修复肠 - 肝轴损伤,可能成为干预 MASLD 的关键策略。这一发现对于理解环境污染物与代谢性疾病的相互作用机制具有重要科学意义,也为制定公共卫生政策以降低 MPs 对人类健康的潜在威胁提供了实验依据。

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