综述：纳米颗粒对人体微生物群的长期毒性作用

【编辑推荐】本综述系统探讨了合成纳米材料（NPs）通过皮肤、肺和胃肠道等途径进入人体后，对细胞及微生物群（GM）的双重毒性机制，涉及氧化应激、线粒体功能障碍等病理过程，并提出通过调控NPs理化特性及利用益生菌（probiotics）解毒策略降低其危害，为纳米医学安全应用提供新视角。

　　

引言

人类微生物群由超过100万亿微生物组成，其基因数量是人类基因组的150倍。这些微生物通过调控免疫、营养代谢等生理过程维持宿主健康。然而，纳米颗粒（NPs）在食品、化妆品和医药等领域的广泛应用，使其通过胃肠道（GI）途径蓄积并引发菌群失调（dysbiosis），进而导致代谢和神经系统疾病。

食品添加剂、化妆品和包装中的纳米材料

纳米材料（NMs）因抗菌性、高屏障性等特性被广泛添加至食品包装和护肤品中。二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）等纳米颗粒可穿透肠黏膜，改变微生物多样性。例如，银纳米颗粒（AgNPs）会抑制乳酸杆菌生长，而金纳米颗粒（AuNPs）可能促进有害菌增殖。

NPs对肠道微生物群的影响

正常菌群能合成维生素B族和维生素K，而NPs通过破坏细胞膜和诱发氧化应激打破菌群平衡。小鼠实验显示，TiO₂ NPs可减少双歧杆菌丰度，增加致病菌拟杆菌门比例，这与炎症性肠病（IBD）发生密切相关。

NPs对人类细胞的毒性

NPs经血液循环抵达各器官，甚至穿透血脑屏障（BBB）。其毒性表现为线粒体损伤、DNA断裂及神经炎症。例如，氧化铁纳米颗粒（Fe₂O₃-NPs）通过产生活性氧（ROS）诱发肝细胞凋亡。

NPs对水平基因转移（HGT）的调控

NPs通过增强细菌鞭毛硬度或抑制DNA修复酶，促进抗生素抗性基因（ARGs）的传播。铜纳米颗粒（CuNPs）被证实可加速质粒接合转移，加剧耐药性扩散危机。

纳米材料特性与毒性关联

NPs的尺寸、表面涂层等特性决定其生物效应。小于50纳米的颗粒易侵入细胞核，而聚乙二醇（PEG）修饰可降低免疫清除率。有趣的是，球形纳米金比棒状结构更易被巨噬细胞吞噬。

微生物群的解毒作用

部分共生菌如大肠杆菌Nissle 1917能通过分泌金属螯合剂中和NPs毒性。此外，下一代益生菌（NGPs）如Akkermansia muciniphila可修复纳米银（AgNPs）引起的肠黏膜损伤。

结论与展望

尽管NPs在工业中不可或缺，但其安全应用需基于剂量、暴露时间等参数严格评估。未来需开发绿色合成技术，并探索GM-NPs互作机制，为精准纳米医学铺路。