《Translational Oncology》：Molecular mechanism of microplastic intake promoting gastric epithelial cell carcinogenesis
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本研究首次在胃癌（GC）组织中检出11种微塑料（MPs），其丰度和多样性显著高于健康胃组织，证实MP蓄积与胃致癌过程直接相关。联合蛋白质组学和代谢组学分析鉴定出琥珀酸脱氢酶复合体亚基A（SDHA）为MP暴露的关键靶点，其在GC组织中显著下调，并参与三羧酸（TC
本研究首次在胃癌（GC）组织中检出11种微塑料（MPs），其丰度和多样性显著高于健康胃组织，证实MP蓄积与胃致癌过程直接相关。联合蛋白质组学和代谢组学分析鉴定出琥珀酸脱氢酶复合体亚基A（SDHA）为MP暴露的关键靶点，其在GC组织中显著下调，并参与三羧酸（TCA）循环和氧化磷酸化等代谢通路紊乱。体外和体内实验表明，聚苯乙烯（PS）暴露通过下调SDHA促进胃上皮细胞增殖和迁移，同时诱导上皮-间质转化（EMT）相关蛋白（如ZO-1、E-cadherin）和癌干细胞标志物CD44高表达，驱动细胞向肿瘤样表型转化。研究揭示慢性摄入MPs是胃上皮癌变的重要潜在触发因素，为理解早发性GC发病率上升提供了新证据，并为胃癌临床预防策略和潜在干预靶点提供了新的科学见解。
研究背景方面，合成聚合物（塑料）自19世纪中期问世以来广泛应用于工业生产和日常生活，2022年全球塑料产量已增至约4.03亿吨。这些材料随时间降解为微塑料（MPs），即<5 mm的塑料碎片，已在自来水、瓶装水、啤酒、海盐、糖和蜂蜜及塑料茶袋等常见消费品中检出，人类经口摄入污染食物和水是主要暴露途径。MPs已在人体肝脏组织、肺组织、血液和脑组织等生物标本中检出，提示其可在体内蓄积并构成健康风险。胃癌（GC）是全球第五大常见癌症和第四大癌症死亡原因，其发病率在<50岁年轻成人中呈上升趋势，而环境因素在胃癌发生中的作用尚需深入探索。上皮-间质转化（EMT）是涉及细胞极性和细胞间黏附改变并获得迁移和侵袭特性的上皮可塑性程序，CD44是用于识别GC干样群体的细胞表面跨膜糖蛋白。SDHA是线粒体呼吸复合体II的催化黄素蛋白亚基，催化三羧酸（TCA）循环中琥珀酸氧化为延胡索酸，并与呼吸电子传递相偶联。然而，MP暴露是否诱导非肿瘤性胃上皮细胞发生EMT和干性相关改变及其与SDHA表达和氧化应激的关系尚不清楚。基于此，研究人员提出MP暴露与胃上皮细胞不良表型和分子改变相关的假设，旨在回答三个问题：GC与对照胃组织间颗粒含量和组成是否存在差异；哪些代谢蛋白和通路区分这些组织；实验性PS暴露如何影响氧化应激、细胞行为和上皮表型相关蛋白。
研究人员采用多种关键技术方法开展研究：利用拉曼光谱和热裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）表征胃组织中的颗粒和聚合物；整合蛋白质组学和代谢组学分析鉴定候选蛋白和通路；在PS暴露的GES-1细胞和裸鼠中评估选定发现；利用单细胞数据分析SDHA和CD44转录本的分布。研究样本来源于江南大学附属中心医院伦理委员会批准招募的4例GC患者和4例健康对照者的胃组织，以及6例胃组织活检标本用于单细胞分析；动物实验采用8只裸鼠随机分为对照组和PS暴露组；另采用30例GC及配对组织样本进行免疫组化（IHC）分析。
研究结果方面，第一，MP类型差异分析：通过Py-GC/MS在样本中定量11种常见MPs，健康对照组仅检出未定义物（87.2%）、纤维素类（4.3%）、羟丙基淀粉（4.3%）和WP-丙烯酸酯共聚物（ACR）（4.3%），而GC组检出纤维素类（20.9%）、天然聚酰胺（PA）（18.0%）、未定义物（16.7%）、羟丙基淀粉（13.6%）、聚氨酯（4.2%）、甲壳素（3.8%）、ACR（2.9%）、PA（2.9%）、WP-氟橡胶（2.7%）、二氧化硅（2.4%）和WP-氯化聚乙烯（1.8%），提示癌组织MP浓度和多样性均高于健康对照。第二，MP含量差异分析：高分辨率拉曼光谱鉴定出11种塑料聚合物，癌组织与健康对照相比包括PS、PE、PP、PVC和PA66，棉花占分析材料的11.49%，提示癌组织塑料聚合物浓度和多样性增加。第三，联合蛋白质组学和代谢组学分析：比较4对原发GC组织和癌旁健康对照，鉴定311个差异表达基因（DEGs），代谢组学鉴定708个差异基因，KEGG富集筛选出氧化磷酸化、ATP代谢过程、线粒体ATP合成偶联电子传递和柠檬酸循环（TCA循环）四条通路进行联合分析，鉴定出SDHA、SDHC和DLD三个主要基因参与TCA、ATP和氧化磷酸化过程，蛋白质组数据显示正常对照组中SDHA、SDHC和DLD表达高于肿瘤组，其中SDHA差异最大；TCGA数据库证实对照组织中SDHA高表达，且SDHA表达随疾病分级升高而降低；RStudio分析将SDHA表达与GC中MET通路相关联；TCGA数据显示SDHA表达与EMT相关蛋白（ZO-1、E-cadherin、ITGA5）和干性指标CD44呈负相关。第四，单细胞数据观察SDHA与CD44相关性：分析公共数据集（GSE163558）和自身单细胞数据，鉴定出干相关细胞群，CD44在低肿瘤组8002个细胞中4109个表达、癌症组7423个细胞中5008个表达；SDHA在低肿瘤组2725个、癌症组3209个细胞中表达；SDHA和CD44在低肿瘤组1308个、癌症组2046个细胞中共表达，差异分析显示癌症组CD44表达更高、SDHA表达更低，且CD44和SDHA共表达细胞比例更高。第五，CD44与EMT相关指标及SDHA的关系：IHC分析显示GC组织中EMT相关蛋白和CD44表达高于健康对照，WB分析显示SDHA表达与EMT相关及干性相关蛋白表达呈负相关。第六，MPs对GES-1细胞功能的影响：荧光显微镜观察50 nm MPs进入细胞；H&E染色显示1000 μg/ml组出现核深染、核周空泡化、核增大和核分裂征象等形态学改变；CCK-8实验显示500 μg/ml组细胞活力最高，显著高于阴性对照组（P<0.05），1000 μg/ml组细胞活力降低；划痕愈合实验显示500 μg/ml组24 h后迁移显著增强（P<0.05）；免疫荧光和流式细胞术分析显示ROS水平随PS浓度升高而增加，以500 μg/ml组最为显著；WB分析显示100和500 μg/ml组SLC7A11/xCT表达显著增加（P<0.05），500 μg/ml组Bcl-2表达增加而Bax表达和cleaved caspase-3/total caspase-3比值降低，提示PS诱导的氧化应激伴随SLC7A11和凋亡相关蛋白改变。第七，MPs体内对胃上皮细胞的影响：4周龄裸鼠饮用含500 μg/ml MP的水3个月后，H&E染色显示PS暴露小鼠出现局灶性胃上皮异型增生，胃黏膜腺体萎缩伴腺上皮细胞核深染、伸长和扭曲；两 senior 病理学专业人员盲法审阅所有切片；饮水消耗组间无显著差异（P>0.05）；IHC和IF显示MP暴露小鼠CD44和EMT相关蛋白（ZO-1、ITGA5）表达升高、SDHA表达降低，提示MP暴露与胃上皮改变及CD44和EMT相关标志物表达增加相关。
讨论部分总结：本研究在广泛环境塑料污染背景下，识别了GC与对照胃组织间颗粒含量和组成的差异及伴随的分子改变。MPs及相关污染物可通过食物网迁移，塑料碎片已在偏远岛屿被记录，全球建模研究估计河流每年向海洋输入115万至241万吨塑料废物。2020年估计GC居癌症死亡原因第四位，中国占较大比例。Chen等近期报道胃肿瘤中MP负荷高于癌旁和正常组织，并与淋巴结转移和转录组特征相关，组织观察的一致性支持进一步研究，但暴露史和肿瘤内滞留改变仍是差异的替代解释。与已知环境致癌物比较，苯并[a]芘可诱导氧化应激但其致癌机制还涉及代谢活化和DNA加合物形成，吸烟与胃癌的因果关系已基于人类证据确立，而本PS实验识别了细胞应激和胃上皮改变但未确立致癌机制或与人类GC的因果关系。SDHA因是线粒体复合体II的组成部分而备受关注，SDH缺陷已在胃肠道间质瘤、副神经节瘤、嗜铬细胞瘤和胰腺神经内分泌肿瘤等多种肿瘤中被报道，但单纯SDHA表达降低不能确立SDH缺陷。本组织分析中SDHA、SDHC和DLD在GC组织中丰度较低，TCGA-STAD分析同样显示肿瘤中SDHA转录本表达较低，SDHA表达与EMT相关通路评分相关并与ZO-1、ITGA5和CD44转录本呈弱负相关。代谢组学分析发现PS暴露主要影响组氨酸代谢及其他代谢通路，这些代谢改变与SDHA表达降低的关系尚待确定。SLC7A11在100和500 μg/ml PS时表达增加，500 μg/ml时伴随Bcl-2增加和Bax及cleaved caspase-3/total caspase-3降低，SLC7A11上调可能代表补偿性生存反应使部分PS暴露细胞耐受ROS增加；在胃肠道癌细胞中CD44变异体亚型稳定质膜上的xCT/SLC7A11，促进胱氨酸摄取和谷胱甘肽合成并增强对ROS的抵抗，SDHA降低和SLC7A11增加可能反映线粒体和氧化应激反应的不同组分。500 μg/ml PS增强活力并改变凋亡相关蛋白，这种非单调模式提示适应与损伤之间的平衡可能随浓度变化；小鼠饮用500 μg/ml PS水8周出现胃腺上皮局灶性非典型改变但无明确肿瘤或浸润性癌，尽管浓度超过典型环境水平，这些发现提示反复MP暴露可能影响胃上皮稳态，与GC发生的相关性需在长期模型和更大临床队列中确认。MP暴露可能诱导氧化应激、线粒体功能障碍和代谢失调，从而促进胃上皮细胞EMT相关表型可塑性，这种可塑性可能伴随CD44表达增加和干性相关特征的获得。这些临床前发现支持开展MP暴露与GC风险的纵向流行病学研究以及机制和病理学验证。研究结论译为：GC组织中所检出颗粒的丰度和多样性均高于对照胃组织；实验性PS暴露与氧化应激、SDHA表达降低、SLC7A11相关氧化还原改变、EMT/CD44相关分子改变及局灶性胃上皮异型增生相关。这些发现提示MP相关细胞应激与胃上皮表型改变之间可能存在联系，但并未确立MPs导致GC。需更大规模前瞻性队列、长期暴露模型和直接机制实验来阐明其在胃肿瘤进展中的作用。研究局限性包括：PS浓度高于典型人类暴露且暴露时间较短，仅检测一种聚合物类型和名义粒径；动物实验每组仅4只裸鼠且未进行正式的先验样本量或把握度计算，统计把握度和精度有限，发现属探索性需在更大规模适当把握度的队列中验证；SDHA、EMT相关标志物和CD44之间的关联未通过直接SDHA功能缺失、功能获得或回补实验验证，机制因果关系未获证明；炎症反应未系统评估，限制了判断炎症是否参与所观察胃上皮改变的能力。
