聚苯乙烯纳米塑料通过细胞外囊泡递送microRNAs破坏肠道微环境的作用机制

本研究针对纳米塑料(NP)污染对肠道健康的潜在危害，创新性地揭示了聚苯乙烯纳米塑料通过调控宿主-菌群互作破坏肠道屏障功能的新机制。研究人员发现NP通过改变肠道miR-501-3p和miR-700-5p表达影响紧密连接蛋白ZO-1和黏蛋白MUC-13，同时通过杯状细胞来源的细胞外囊泡(EV)改变微生物群落组成，为环境污染物与肠道疾病关联提供了分子水平证据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，其中尺寸小于100纳米的塑料颗粒(纳米塑料，NP)因其特殊的物理化学性质，能够穿透生物屏障进入组织器官，对人类健康构成潜在威胁。尤其值得关注的是，作为人体最大的免疫器官和微生物栖息地，肠道系统首当其冲暴露于这些环境污染物。既往研究虽然发现微塑料(MP)会导致肠道菌群紊乱和屏障功能损伤，但关于更小尺寸的NP如何通过分子机制影响肠道微环境，以及宿主与微生物之间的互作关系仍属科学盲区。

来自国立成功大学的研究团队在《Nature Communications》发表重要成果，首次阐明聚苯乙烯NP通过细胞外囊泡(EV)介导的microRNA(miRNA)传递系统，破坏肠道屏障功能并改变微生物群落组成的分子机制。这项历时12周的动物实验结合多组学分析显示，NP暴露会导致肠道中miR-501-3p和miR-700-5p表达异常，进而抑制紧密连接蛋白ZO-1和黏蛋白MUC-13的表达，显著增加肠道通透性。更关键的是，研究发现NP能改变杯状细胞来源EV中的miRNA谱，特别是miR-98-3p、miR-548家族和miR-101-3p等分子，这些EV可特异性促进瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)的生长。同时证实毛螺菌科(Lachnospiraceae)是肠道内摄取NP的主要菌群，其分泌的EV会进一步抑制MUC-13表达，形成恶性循环。

研究采用的关键技术包括：纳米颗粒追踪分析(NTA)定量NP和EV；体内成像系统(IVIS)示踪NP分布；流式细胞术分选NP标记的肠道细菌；16S rRNA测序分析菌群组成；转录组和miRNA测序揭示分子机制；免疫荧光和Western blot验证蛋白表达；透射电镜表征EV形态；建立肠上皮细胞(Caco-2)和杯状细胞(LS174T)模型研究细胞间通讯。

Distribution of nanoplastics and their impact on the intestinal environment
通过近红外荧光标记和IVIS成像系统证实，口服NP主要积聚在盲肠、小肠和结肠，持续存在达48小时。长期暴露(12周)导致小鼠体重显著增加(5.17g vs 4.03g)，但未引起典型肠道炎症特征如肠管缩短，血清ALT、AST等肝肾功能指标也无明显变化，提示NP的毒性作用可能主要通过微生物途径而非直接炎症反应。

Nanoplastics influence host intestinal microRNA to regulate the microenvironment and barrier function
转录组分析发现NP显著改变肠道基因表达谱，GO分析显示这些差异基因富集于细胞连接等通路。更关键的是，miRNA测序揭示NP特异性上调mmu-miR-501-3p(2.72倍)和mmu-miR-700-5p(2.6倍)，生物信息学预测显示这两种miRNA可分别靶向ZO-1基因的3个和5个位点。体外实验证实，转染这两种miRNA能显著抑制Caco-2细胞中ZO-1表达。同时发现NP处理的LS174T细胞分泌的EV中含有7种特异性miRNA(如has-miR-98-3p、has-miR-548家族等)，均可干扰ZO-1表达。

The risk of nanoplastics interfering with intestinal mucin expression
阿辛蓝-过碘酸雪夫(AB-PAS)染色显示NP降低肠道黏液含量，免疫组化证实MUC-13表达显著受抑。机制研究发现mmu-miR-700-5p能靶向MUC-13基因的4个位点，转染该miRNA可重现NP对MUC-13的抑制作用。Western blot进一步验证NP处理的LS174T细胞中MUC-13蛋白水平下降，揭示NP通过miRNA调控破坏黏液屏障的双重机制。

Nanoplastics directly and indirectly induce imbalance in gut microbiota
16S测序显示NP处理12周后出现112个独特菌种，β多样性分析表明菌群结构发生显著改变。具体表现为乳酸菌科(Lactobacillaceae)减少而瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)增加。通过荧光标记和流式分选技术，首次证实NP主要被毛螺菌科(42%)和紫单胞菌科(18.9%)摄取。创新性实验设计发现，NP处理的杯状细胞EV能特异性促进瘤胃球菌科生长，而毛螺菌科来源的EV则显著抑制MUC-13表达，形成"NP-宿主-菌群"三方互作的恶性循环。

这项研究的重要意义在于首次系统阐明NP通过EV-miRNA轴破坏肠道微环境的分子机制，提出"NP-宿主-菌群"三方互作的新范式。发现NP不仅直接影响微生物组成，更通过改变宿主细胞EV的miRNA谱间接调控菌群生态，为理解环境污染物与肠道疾病的关联提供了全新视角。研究确认ZO-1和MUC-13是NP毒性的关键靶点，miR-700-5p等分子可能成为早期生物标志物。这些发现对评估塑料污染的健康风险、开发针对性干预策略具有重要指导价值，也为研究其他环境污染物与宿主的互作机制提供了方法论参考。