一种缓解微塑料毒性的益生菌：Clostridium dalinum通过“微生物群-代谢-屏障”互作拮抗聚苯乙烯微塑料诱导的肠道损伤

在全球微塑料污染日益严峻的背景下，本研究针对微塑料暴露导致的肠道屏障破坏、炎症及代谢紊乱等健康风险，首次系统探究了潜在益生菌Clostridium dalinum通过预保护和恢复两种干预模式，借助“微生物群-代谢-屏障”协同通路，显著缓解聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）诱导的小鼠肠道损伤，为益生菌防治环境污染物毒性提供了新策略和理论依据。

　　

在全球塑料污染持续加剧的背景下，微塑料（Microplastics, MPs）作为一种新兴环境污染物，已广泛分布于水体、土壤乃至大气中，并通过食物链进入人体。研究表明，人类每周可能摄入数千至数万颗微塑料颗粒，长期积累对健康的潜在威胁不容忽视。肠道作为抵御外源物质的第一道防线、营养吸收的核心场所及免疫稳态的枢纽，成为微塑料毒性作用的首要靶器官。微塑料暴露可破坏肠道菌群平衡，削弱黏液屏障和上皮紧密连接结构，触发局部及全身性炎症级联反应，进而导致炎症性肠病、代谢综合征等慢性疾病。然而，目前尚缺乏有效防治微塑料相关健康问题的措施。

在这一紧迫背景下，益生菌及其发酵制品因其悠久的食用历史和广泛认可的功能特性，展现出巨大的应用潜力。已有研究发现，某些益生菌可通过物理吸附微塑料、恢复肠道屏障功能、调节肠道炎症等机制缓解微塑料毒性。但不同菌株的作用机制及效果存在差异，且针对微塑料诱导的复合型损伤（如氧化应激、代谢紊乱等）的系统性防护策略仍待深入探索。

近日，发表于《Current Research in Food Science》的一项研究，首次报道了一种具有优异抗氧化和抗炎潜力的益生菌——Clostridium dalinum（专利号：CN117417847），并通过多维技术手段揭示了该菌株在预保护和恢复聚苯乙烯微塑料（Polystyrene microplastics, PS-MPs）诱导的小鼠肠道损伤中的卓越功效及独特机制。该研究由大理大学天然抗氧化剂与抗炎症研究所的李正强、李俊、安瑞、李瑞、邓伟、马平、杨旭、佘蓉、杨晓燕和小文等研究人员共同完成。

为全面评估C. dalinum的干预效果，研究团队建立了PS-MPs暴露的小鼠模型，并设计了预保护（干预在暴露前）和恢复（干预在暴露后）两种模式。通过灌胃方式给予小鼠1 μm粒径的PS-MPs（30 mg/kg体重），同时以Dongxi酸奶（含C. dalinum）或商品酸奶作为干预载体，以维生素E（VE）作为阳性对照。研究综合运用了组织病理学分析、免疫荧光染色、实时定量PCR（qRT-PCR）、16S rRNA基因测序（Accu16s?绝对定量测序技术）以及非靶向代谢组学（LC-MS/MS技术）等多种技术手段，系统揭示了C. dalinum对肠道屏障、炎症反应、氧化应激、脂代谢及菌群-代谢互作网络的调控作用。

3.1. C. dalinum prevents and restores intestinal tissue damage caused by MPs

组织病理学分析显示，PS-MPs暴露导致小鼠结肠腺体结构严重破坏，杯状细胞减少，黏膜下层纤维化，肠道屏障功能受损。与模型组相比，C. dalinum的预保护和恢复干预均能显著改善肠道结构，恢复肠腺排列秩序，增加杯状细胞数量，并减轻纤维化程度，其效果优于商品酸奶和VE组。此外，PS-MPs暴露使小鼠体重显著降低7.50%，肠道总长度缩短10.96%，而C. dalinum干预后这两项指标均恢复至接近正常水平。

3.2. C. dalinum prevents and restores PS-MPs-induced intestinal barrier damage

在分子机制上，PS-MPs暴露显著降低了紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1的蛋白表达（降幅39.94%-62.98%）及基因转录水平，并抑制了黏液蛋白MUC2和修复因子TFF3的表达，同时上调了紧密连接激酶MLCK。C. dalinum干预能显著逆转这些变化，使屏障蛋白表达恢复至对照组的83.26%-103.16%，并上调MUC2和TFF3基因表达，抑制MLCK，从而重建细胞间紧密连接，增强肠道物理屏障功能。

3.3. C. dalinum prevents and restores PS-MPs-induced inflammatory damage

PS-MPs暴露激活了Toll样受体（TLR2、TLR4、TLR5）及下游髓样分化因子88（MyD88）、IκB激酶β（IKKβ）的磷酸化，进而激活核因子κB（NF-κB），并上调NLRP3炎症小体（NLRP3、CASP-1）及p38丝裂原活化蛋白激酶（p38-MAPK）的表达，导致促炎细胞因子TNF-α和IL-1β大量释放。C. dalinum能有效抑制TLR家族基因表达，减少MyD88和IKKβ磷酸化，降低NF-κB、NLRP3、CASP-1和p38-MAPK水平，并使TNF-α和IL-1β含量下降60.22%-91.17%，其抗炎效果显著优于对照干预。

3.4. C. dalinum reverses oxidative stress and DNA damage in PS-MPs-exposed mice

PS-MPs暴露引发严重氧化应激，活性氧（ROS）水平升高至对照组的1.12倍，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）和DNA氧化损伤标志物8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）分别增加1.73倍和1.31倍。同时，核因子E2相关因子2（Nrf2）表达受抑，其下游抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）和血红素氧合酶-1（HO-1）的活性和表达均显著下降。C. dalinum干预能显著激活Nrf2通路，上调SOD、GSH和HO-1水平，有效清除ROS和脂质过氧化产物，逆转氧化损伤。

3.5. C. dalinum ameliorates PS-MPs-induced lipid metabolism disorders

PS-MPs暴露导致小鼠血脂严重失衡，血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平显著升高，高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平下降。qRT-PCR分析显示，短链脂肪酸受体GPR43和核心脂代谢调节因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的基因转录显著抑制。C. dalinum干预能上调GPR43和PPARγ表达，调节血脂水平，重塑脂质谱，其效果优于VE。

3.6. C. dalinum ameliorates PS-MPs-induced gut microbiota dysbiosis in mice

肠道菌群分析表明，PS-MPs暴露虽未显著改变α多样性，但导致厚壁菌门（Bacillota）丰度下降57.83%，促炎菌Desulfovibrio丰度增加10.5倍，有益菌Lachnospiraceae NK4A136减少77.09%。C. dalinum干预能显著抑制Desulfovibrio增殖（降幅88.78%-89.86%），促进Lachnospiraceae NK4A136恢复（增幅254.30%-257.80%），并富集屏障保护菌Faecalibaculum等，重塑菌群结构。

3.7. C. dalinum reprograms gut metabolism in PS-MPs-exposed mice

非靶向代谢组学揭示，C. dalinum的预保护模式主要通过激活PPARγ/GPR43轴、上调ABC转运蛋白通路及增强维生素储备来调节宿主代谢网络；而恢复模式则依赖于菌群重塑，富集A. mucosicola等有益菌，调控赖氨酸降解、嘧啶代谢等通路，逆转代谢紊乱和炎症反应。相关性分析表明，C. dalinum与抗氧化、抗炎因子正相关，与促炎因子负相关，凸显其核心调控作用。

综上所述，该研究首次证实Clostridium dalinum能通过“微生物群-代谢-屏障”协同通路，有效预保护和恢复PS-MPs暴露诱导的肠道损伤。其作用机制涵盖多靶点协同：上调紧密连接蛋白表达、抑制TLR4/NF-κB炎症通路、激活Nrf2抗氧化防御、阻断NLRP3介导的细胞焦亡、重塑菌群结构（抑制Desulfovibrio、富集Lachnospiraceae NK4A136）、调节脂代谢及血清代谢表型。

该研究的重要意义在于：一方面，揭示了益生菌防治微塑料毒性的独特双模式机制（预保护依赖代谢预适应，恢复依赖菌群重塑），为开发针对环境污染物健康风险的功能性食品提供了新思路；另一方面，首次将赖氨酸代谢紊乱与微塑料毒性关联，并发现C. dalinum通过调控该通路缓解氧化和炎症损伤，拓展了微塑料毒理学的研究维度。此外，研究采用的酸奶递送系统贴近实际应用场景，增强了成果的转化潜力。未来研究可通过无菌动物模型、代谢物功能验证及临床试验进一步证实其因果关系及应用价值。