膳食来源微米级生物源硅碎片暴露途径鉴定及其促进食管鳞状细胞癌发生的作用机制研究

为解决食管鳞癌(ESCC)高发区病因不明问题，中国科学院生态环境研究中心团队首次揭示小麦粉中针状生物源硅碎片(NL-BSDs)的膳食暴露途径，通过动物模型证实其通过诱发炎症反应和肠道菌群失调促进肿瘤发生，为区域ESCC高发提供了新的环境病因学解释。

　　

在被称为"食管癌腰带"的太行山地区，食管鳞状细胞癌(ESCC)的发病率长期居高不下，某些区域男性年龄标准化发病率高达99.5/10万，远超周边地区。尽管已知酒精、霉变食物等风险因素，但这些无法完全解释该地区持续高发的ESCC病例。中国科学院生态环境研究中心的研究团队在前期研究中意外发现，ESCC患者切除组织中存在与小麦颖壳表面硅质突起形态相似的硅体碎片，由此提出一个大胆假设：这些天然形成的针状生物源硅碎片(NL-BSDs)可能通过膳食途径进入人体，成为未被认知的致癌促进因子。

为验证这一假说，研究团队系统分析了高、低ESCC风险区采集的小麦粉样本。通过扫描电镜-能谱联用技术(SEM-EDX)，首次确认小麦粉中存在大量源自颖壳的微米级针状硅碎片污染。这些NL-BSDs长度多在10-200μm，直径1-10μm，具有典型的生物硅特征——表面呈现纳米级凹凸结构，主要成分为SiO₂。模拟实验揭示，在水资源短缺条件下，不充分的麦粒清洗会导致更多颖壳硅质突起混入面粉，这恰好解释了为何干旱的太行山地区面粉中NL-BSDs污染更严重。

研究进一步构建大鼠模型，发现长期摄入含NL-BSDs的小麦颖壳饲料可诱发食管组织慢性炎症，伴随IL-6、TNF-α等促炎因子升高，并导致肠道菌群紊乱——厚壁菌门/拟杆菌门比例显著改变。这些变化符合经典的"起始-促进"两阶段致癌理论，提示NL-BSDs可能作为肿瘤促进因子而非直接诱变剂发挥作用。值得注意的是，NL-BSDs的物理特性（尖锐形态和刚性结构）使其可能通过机械刺激上皮屏障，持续激活先天免疫应答，这种独特的非遗传毒性机制为理解环境因素致癌提供了新视角。

主要技术方法包括：1) 采集太行山高发区(n=16)小麦粉样本；2) SEM-EDX表征NL-BSDs的形貌与元素组成；3) 建立体外模拟清洗实验评估水资源影响；4) 构建大鼠模型进行52周膳食暴露实验；5) 16S rRNA测序分析肠道菌群。

【主要研究结果】

1. 小麦粉中NL-BSDs污染特征：高发区面粉中NL-BSDs浓度达(1.6±0.3)×10⁴ particles/g，显著高于低发区。这些碎片主要来源于颖壳表面最密集的硅质突起区。

2. 暴露途径解析：模拟清洗实验显示，节水条件下(≤3次清洗)NL-BSDs残留量增加2.3倍，与高发区农民实际清洗习惯相符。

3. 促癌效应验证：动物实验中，NL-BSDs暴露组肿瘤发生率提高67%，伴随食管上皮增生和炎性浸润；肠道菌群α多样性降低，产短链脂肪酸菌减少。

4. 机制探讨：NL-BSDs通过物理刺激激活NF-κB通路，上调COX-2表达，形成慢性炎症微环境；菌群紊乱可能通过"肠-食管轴"加剧这一过程。

在讨论部分，研究者强调这是首次系统揭示植物源性硅碎片的环境健康风险。虽然国际癌症研究机构(IARC)尚未将无定形硅列为明确致癌物，但本研究提示其物理形态可能通过非遗传毒性机制促进肿瘤。这一发现不仅为解释ESCC地域差异提供了新思路，也为食品安全标准制定提出了新课题——当前标准仅关注化学污染物，而忽视了物理性污染物的生物效应。

该研究的创新性在于：1) 发现新的膳食污染物暴露途径；2) 提出"物理-生物"协同致癌的新机制；3) 将环境因素与表观遗传调控联系起来。未来研究需建立更精确的NL-BSDs检测方法，并探索其在其他肿瘤中的作用。这些发现发表于《Journal of Hazardous Materials》，为环境健康领域提供了重要启示：在评估食品安全风险时，除化学组分外，还需关注食物中物理性污染物的长期生物效应。