假长双歧杆菌（Bifidobacterium pseudolongum）衍生的肌苷通过抑制M1型巨噬细胞极化减轻聚苯乙烯纳米塑料诱导的肝脏损伤

《Advanced Science》：Bifidobacterium Pseudolongum-Derived Inosine Mitigates Polystyrene Nanoplastics-Induced Hepatic Injury by Inhibiting the Polarization of M1 Macrophages

　　

纳米塑料（Nanoplastics, NPs）暴露可导致严重的肝脏损伤。肠道菌群被认为是多种肝脏损伤的促成因素。然而，其在NPs诱导的肝脏损伤中的作用仍不清楚，且需要微生物干预策略。研究人员的（our）研究结果显示，口服暴露于聚苯乙烯NPs降低了肠道益生菌假长双歧杆菌（Bifidobacterium pseudolongum, B.p）及其代谢物肌苷。来自NPs给药小鼠的肠道菌群部分再现了受体小鼠中NPs相关的肠道稳态损伤和肝脏损伤。此外，B.p定植改善了NPs诱导的肠道稳态损伤和肝脏损伤，并且通过补充肌苷重现了其保护作用。机制上，B.p定植增加了肝脏中肌苷水平，随后使其靶标A2AR（腺苷A2a受体）的表达正常化。同时，增加的肌苷抑制了miR155/SOCS1/NF-κB（微小RNA-155/细胞因子信号转导抑制因子1/核因子κB）通路，并抑制了NPs诱导的M1型巨噬细胞极化。CGS21680（A2AR激动剂）在体外有效抑制了脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）诱导的M1型巨噬细胞极化，并抑制了miR155/SOCS1/NF-κB通路。进一步地，miR155敲除抑制了NPs诱导的M1型巨噬细胞极化，但不影响NPs对A2AR的抑制。这些发现表明，B.p衍生的肌苷可通过靶向A2AR抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路，从而抑制NPs诱导的M1型巨噬细胞极化。总之，本研究进一步阐明了肠道菌群在NPs诱导肝脏损伤中的作用，并提供了一种潜在的微生物治疗策略。

**研究背景、存在问题与开展目的**
塑料制品的广泛使用造成了严重的全球环境污染。纳米塑料（Nanoplastics, NPs）作为塑料降解产物，因其生物毒性对人类健康构成威胁。肝脏作为药物代谢的主要器官，是NPs毒性的关键靶器官，已有研究证实NPs可诱导肝脏炎症、氧化应激、纤维化及脂质代谢紊乱。然而，NPs诱导肝脏损伤的详细机制尚未阐明。近年来，肠道菌群被发现在多种肝脏疾病中发挥重要作用，且NPs可扰乱肠道菌群并加剧肝脏损伤，但其中具体的微生物机制仍不清楚。巨噬细胞作为先天免疫的重要组分，可极化为M1型（促炎）或M2型（抗炎），并参与NPs的生物毒性反应。已有研究显示，肠道菌群代谢物可调控巨噬细胞极化，但肠道菌群与NPs诱导的M1型巨噬细胞极化之间的关系，以及是否存在功能性菌群可保护NPs引起的肝脏损伤，尚属未知。因此，研究人员开展了本研究，旨在探索NPs诱导肝脏损伤的微生物机制，并寻找潜在的微生物干预策略。
**研究内容与结论**
研究人员建立28天重复NPs暴露小鼠模型，发现口服NPs降低了益生菌假长双歧杆菌（B.p）及其代谢物肌苷的水平。通过粪便菌群移植（Fecal Microbiota Transplantation, FMT）实验证明，NPs处理的肠道菌群可部分重现受体小鼠的肠道稳态损伤和肝脏损伤，并促进M1型巨噬细胞极化。随后，B.p定植和肌苷补充均能有效缓解NPs诱导的肠道屏障损伤、全身炎症及肝脏损伤。机制上，B.p衍生的肌苷通过靶向A2AR（腺苷A2a受体），抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路，从而抑制NPs诱导的肝脏M1型巨噬细胞极化。miR155基因敲除进一步证实了该通路在M1极化中的关键作用，且A2AR位于miR155上游。该研究明确了肠道菌群在NPs肝脏毒性中的介导作用，并提出B.p及其代谢物肌苷作为潜在的治疗策略。论文发表于《Advanced Science》。
**主要关键技术方法（≤250字）**
该研究使用6–8周龄雄性C57BL/6小鼠（来源：南方医科大学动物中心），通过每日口服聚苯乙烯NPs（40 mg kg^-1）28天建立肝脏损伤模型。采用粪便菌群移植（FMT）验证肠道菌群的致病作用。通过16S rRNA基因测序（V3-V4高变区，Illumina平台）分析菌群组成，结合非靶向液相色谱-质谱联用（LC/MS）代谢组学鉴定差异代谢物。利用B.p定植（1×10⁹ CFU/天）和肌苷补充（300 mg kg^-1，每周三次）进行干预。机制研究采用miR155基因敲除（miR155^-/-）小鼠、A2AR激动剂CGS21680（体外处理RAW264.7和THP-1细胞）以及AML12与RAW264.7细胞共培养系统。检测方法包括组织病理学（HE、PSR、AB、PAS染色）、免疫组化、Western Blotting、RT-qPCR、流式细胞术（F4/80+CD86+ M1巨噬细胞）、ELISA（血清炎症因子和肝功能指标）及透射电镜（肠道微绒毛结构）。
**研究结果**
**2.1 NPs诱导全身炎症并促进肝脏M1型巨噬细胞极化**
通过对比低剂量NPs（20 mg kg^-1）、高剂量NPs（40 mg kg^-1）及高剂量MPs（40 mg kg^-1）的暴露效果，发现NPs呈剂量依赖性降低小鼠体重增长率，且高剂量NPs显著升高血清脂多糖（LPS）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和IL-1β水平，并升高肝功能指标丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）。肝脏组织学显示高剂量NPs引起更明显的炎症细胞浸润和纤维化（PSR和α-SMA阳性面积增加），同时免疫组化和Western Blotting结果证实肝脏F4/80和CD86表达升高，表明巨噬细胞招募和M1极化。此外，NPs激活了miR155/SOCS1/NF-κB通路（miR155升高、SOCS1降低、p-NF-κB/NF-κB比值升高）。
**2.2 NPs通过诱导结肠炎症、破坏肠道屏障、扰乱肠道菌群并重塑粪便代谢组破坏肠道稳态**
与对照组相比，NPs暴露小鼠结肠长度缩短，隐窝间距增大，杯状细胞（AB+和PAS+）减少，肠道微绒毛长度缩短且排列紊乱，紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-5表达下降，结肠TUNEL阳性细胞增多，促炎因子mRNA水平升高。RNA测序显示差异表达基因富集于肠道菌群相关生物学过程。16S rRNA测序表明NPs增加了菌群α多样性（ACE和Shannon指数），PCoA分析显示菌群组成显著改变，肠道微生物健康指数（GMHI）降低，益生菌Akkermansia muciniphila和B.p丰度显著下降。非靶向代谢组学分析发现NPs诱导241种差异代谢物，其中肌苷浓度下降，核苷酸代谢通路显著富集。同时，血清和肝脏肌苷水平及肝脏A2AR表达均降低。
**2.3 肠道菌群部分重现NPs诱导的肠道稳态损伤和肝脏损伤**
将NPs处理小鼠的肠道菌群移植（FMT-N）给抗生素预处理的受体小鼠后，受体小鼠出现体重增长率降低、结肠长度缩短、杯状细胞减少、微绒毛损伤、紧密连接蛋白下调、结肠细胞凋亡增加及炎症因子升高。FMT-N还导致血清LPS、TNF-α、IL-6升高，肝功能指标ALT和AST升高，肝脏炎症细胞浸润和纤维化增加，肝脏F4/80和CD86表达升高，肌苷和A2AR水平降低，以及miR155/SOCS1/NF-κB通路激活。表明肠道菌群介导了NPs诱导的M1巨噬细胞极化和肝脏损伤。
**2.4 B.p定植减轻NPs诱导的肠道稳态损伤、全身炎症和肝脏损伤**
B.p定植未能改善NPs引起的体重增长率降低，但有效缓解了结肠长度缩短、杯状细胞减少、微绒毛损伤、紧密连接蛋白下调、细胞凋亡和结肠炎症因子升高。B.p还降低了血清LPS、IL-6、IL-1β水平，逆转了肝脏/体重比和ALT、AST的升高，部分恢复了血清和肝脏肌苷水平。组织学显示B.p减少了肝脏炎症细胞浸润和PSR阳性面积，降低了α-SMA和Col1a1（纤维化相关蛋白）表达，抑制了F4/80和CD86表达，同时上调A2AR，抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路。表明B.p通过抑制M1巨噬细胞极化减轻肝脏损伤。
**2.5 肌苷通过抑制M1型巨噬细胞极化介导B.p对NPs诱导肝脏损伤的保护作用**
体外实验表明，肌苷不改变NPs的理化性质（表面形态、粒径、官能团），但降低其Zeta电位。口服肌苷（300 mg kg^-1）重现了B.p的保护效果：减轻全身炎症（血清LPS、TNF-α、IL-6、IL-1β降低），改善肝功能（ALT、AST、肝脏/体重比），减少肝脏炎症和纤维化，抑制F4/80和CD86表达，上调A2AR，抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路。共培养实验显示，经NPs处理的RAW264.7细胞（巨噬细胞）可诱导AML12（肝细胞）凋亡并升高ALT/AST，而肌苷处理的巨噬细胞则未对肝细胞造成显著损伤。B.p定植与肌苷补充在保护效果上无显著差异。
**2.6 A2AR通过抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路介导肌苷对NPs诱导M1巨噬细胞极化的抑制作用**
在RAW264.7和THP-1细胞中，A2AR激动剂CGS21680有效抑制LPS诱导的F4/80+CD86+ M1极化比例升高，降低TNF-α、IL-6、IL-1β水平，并逆转miR155升高、SOCS1降低和p-NF-κB/NF-κB比值升高。在miR155^-/-小鼠中，NPs诱导的全身炎症、肝功能损伤、肝脏炎症和纤维化、M1极化均被显著抑制，但肝脏肌苷水平和A2AR表达未受影响。体外实验中，miR155抑制剂同样减少M1极化并抑制SOCS1/NF-κB通路，但不影响A2AR表达。此外，肌苷与miR155抑制剂在抗纤维化（抑制TGF-β1诱导的Col1a1和α-SMA）方面无协同作用。这些结果表明A2AR位于miR155上游，通过抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路调控M1极化。
**总结与结论翻译**
**讨论总结**：该研究证实肠道菌群介导了NPs诱导的肠道稳态损伤和肝脏损伤，其中B.p丰度降低及其代谢物肌苷减少是关键因素。B.p定植和肌苷补充均可有效缓解NPs的毒性效应，其机制涉及肌苷靶向A2AR，进而抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路，从而抑制肝脏M1型巨噬细胞极化。该工作从肠道菌群视角阐明了NPs肝脏损伤的新机制，并提出了B.p及其代谢物肌苷作为潜在微生物治疗策略的可能性。同时，研究也指出其他差异代谢物（如帕立骨化醇、吲哚-3-羧酸、Sapidolide A等）可能参与NPs毒性，但尚需进一步探讨。
**结论翻译**（原文 Section 4 Conclusion）：总之，研究人员的工作证明了肠道菌群介导了NPs诱导的肠道稳态损伤和肝脏损伤。同时，逆转B.p的减少改善了NPs诱导的肠道稳态损伤和肝脏损伤。此外，B.p对肝脏的保护作用通过补充其代谢物肌苷得以重现。机制上，肌苷通过靶向A2AR抑制miR155/SOCS1/NF-κB通路，从而抑制NPs诱导的M1型巨噬细胞极化。综上，本研究从肠道菌群角度进一步阐明了NPs诱导的肝脏损伤，并提出了一种有前景的治疗策略。