慢性低剂量微塑料暴露通过富集脱硫弧菌属(Desulfovibrio spp.)扰乱肠道菌群-代谢轴的多重健康风险机制研究

为揭示环境相关浓度聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)长期暴露的健康风险，研究人员通过6周小鼠实验结合多组学分析，发现低剂量PS-MPs(10 μg mL-1)显著富集促癌菌Desulfovibrio spp.，激活癌症/神经疾病相关代谢通路(L-Glutamic γ-semialdehyde、Cer(d18:0/16:0))，并促进抗生素抗性基因(ARGs)接合转移。该研究为微塑料的肠道-脑轴毒性机制提供了首个多靶点证据框架。

　　

在塑料污染席卷全球的今天，人类每周通过饮食呼吸摄入的微塑料(MPs)可达5克，这些直径小于5毫米的颗粒已渗透到胎盘、饮用水甚至外卖餐盒中。尽管高剂量MPs的急性毒性已被广泛研究，但更贴近现实的环境浓度(如瓶装水中的MPs)长期暴露如何影响健康，仍是悬而未决的科学难题。尤其令人担忧的是，MPs与肠道菌群的相互作用可能成为多种慢性疾病的"隐形推手"——肠道微生物不仅参与营养代谢，其代谢产物更直接影响神经发育和免疫平衡。

山东第一医科大学医学科技创新中心的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表的研究，首次系统揭示了低剂量聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)通过富集致病菌Desulfovibrio spp.，激活多重疾病通路的分子机制。研究采用6周BALB/c小鼠模型，设置0(对照)、10(低剂量)、100(高剂量) μg mL^-1 PS-MPs暴露组，通过16S rRNA测序、宏基因组学和非靶向代谢组学分析，结合细菌接合转移实验和神经细胞毒性评估，构建了MPs暴露的多组学毒性图谱。

3.1 肠道结构与菌群动态变化
4μm PS-MPs暴露6周后，低剂量组小鼠结肠长度显著缩短(p<0.05)，且呈现独特的菌群时序演变：初期(第7天)菌群多样性无显著变化，但第14天起β多样性显著改变，罕见菌种如脱硫杆菌门(Desulfobacterota)丰度波动。电镜观察发现低剂量组粪便细菌能在PS-MPs表面形成生物蚀刻，暗示存在塑料降解菌。

3.2 致病菌特异性富集
宏基因组显示低剂量组显著富集与结直肠癌相关的Coriobacteriaceae菌科(线性判别分析LDA>4)和产生硫化氢的Desulfovibrionaceae菌科。其中Desulfovibrio hafniense Y51(携带万古霉素耐药基因vanI)丰度增加3.2倍，且与促癌代谢物8-Amino-7-oxononanoic acid(AONA)呈正相关(r=0.82, p<0.01)。

3.3 代谢网络重编程
血清代谢组发现低剂量组显著激活生物素代谢通路(KEGG通路富集p=1.2×10^-4)，同时抑制N-糖基化合成。关键差异代谢物Cer(d18:0/16:0)(神经酰胺)与Desulfovibrio丰度正相关，该物质可透过血脑屏障诱导神经凋亡。

3.4 抗生素抗性传播
流动细胞仪检测显示低剂量PS-MPs使大肠杆菌接合转移效率提升1.8倍，同时促进生物膜形成(OD₅₉₀增加37%)。宏基因组注释发现高剂量组四环素耐药基因tet32拷贝数显著升高。

3.5 神经毒性验证
qPCR显示PS-MPs处理组脑组织炎症因子IL-1β表达上调2.3倍。共聚焦显微镜观察到PS-MPs与人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞共定位，导致细胞存活率降至74.7%(p<0.001)，形态发生明显皱缩。

这项研究开创性地构建了"微塑料-肠道菌群-代谢紊乱-疾病风险"的级联作用框架：环境浓度PS-MPs通过选择性地富集Desulfovibrio等致病菌，激活癌症/神经退行性疾病相关代谢通路，同时作为耐药基因传播的"加速器"。该发现为制定基于菌群干预的MPs暴露防护策略提供了理论依据，建议将Desulfovibrio作为MPs暴露的生物标志物，并研发靶向硫化氢代谢的益生菌制剂。研究采用的整合生物学方法也为评估其他环境污染物的慢性毒性提供了范式。