接触聚苯乙烯纳米塑料后，饮食模式会改变器官特异性的生物分布和毒性：ROS介导的肠道衰老的作用

《Journal of Hazardous Materials》：Dietary patterns reshape organ-specific biodistribution and toxicity upon exposure to polystyrene nanoplastics: role of ROS-mediated intestinal senescence

　　

摘要

聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）是一种新兴的食源性污染物，可能与多器官毒性相关。虽然饮食模式会影响环境污染物的生物效应，但它们如何改变PS-NP的生物分布及对器官的损害仍不清楚。实验中，小鼠分别被喂食正常饮食、高脂饮食或高果糖饮食，随后口服80纳米、浓度为10毫克/千克的PS-NPs，暴露时间分别为1周、4周和8周。通过荧光成像技术发现，不同饮食组中PS-NP的分布存在差异：高脂饮食+80纳米组在肠道和肾脏中的积累更为明显，而高果糖饮食+80纳米组则在肝脏和肾脏中的积累更显著，相较于正常饮食+80纳米组而言。此外，这些不同的分布模式还伴随着不同的毒理反应。高脂饮食+80纳米组表现出更明显的肾功能障碍，其血清肌酐水平是正常饮食+80纳米组的2.48倍；高果糖饮食+80纳米组则显示出更严重的肝损伤，其血清丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶的活性分别是正常饮食+80纳米组的2.03倍和2.46倍。从机制上来看，高脂饮食或高果糖饮食条件下的PS-NP暴露会引发活性氧介导的肠道衰老和屏障功能受损，而NAC干预可缓解这一现象。总体而言，这些研究结果表明，饮食模式会改变PS-NP的器官特异性生物分布及毒理反应，而活性氧介导的肠道衰老则是PS-NP暴露过程中的共同作用机制。

引言

由于微塑料（MPs，尺寸小于5毫米）和纳米塑料（NPs，尺寸小于1微米）在陆地和海洋生态系统中的普遍存在，人类接触这类物质已成为一个亟需解决的全球健康问题[1][2][3]。越来越多的证据表明，这些微塑料和纳米塑料已在人体的多种组织、器官和体液中被发现[4][5]。人类主要通过摄入、吸入和皮肤接触的方式接触到微塑料和纳米塑料，其中通过食物和饮料摄入是最主要的暴露途径[6]。目前已报道的食品中的微塑料污染水平包括：海产品中为1.48个微塑料/克，果糖中为0.44个微塑料/克，蜂蜜中为0.10个微塑料/克，盐中为0.11个微塑料/克，酒精饮料中为32.27个微塑料/升，瓶装水中为94.37个微塑料/升，自来水中的含量则为4.23个微塑料/升[7]。在95摄氏度下用200毫升水冲泡一个塑料茶包，大约会释放出11.6×10?个微塑料和3.1×10?个纳米塑料[8]。与微塑料相比，纳米塑料更容易穿透组织并在全身更广泛地分布，因此更有可能在多个器官中积累并引发毒性反应[9][10][11]。

聚苯乙烯因其密度低、柔韧性强且成本低，成为使用最广泛的塑料之一[12]。先前的研究表明，PS-NPs可在多种生物模型中在多个器官中积累，并引发氧化应激和细胞凋亡现象[13][14][15][16]。肠道、肝脏和肾脏被认为是PS-NP暴露的主要靶器官[9][17][18]。肠道是抵御外来物质进入人体的第一道生物屏障，PS-NP可通过氧化应激和肠道菌群失衡破坏肠道的完整性[19][20]。而肝脏和肾脏由于具有解毒和清除功能，是PS-NP积累的关键部位，这些纳米塑料在此可引发炎症反应[21][22]。综合这些研究结果可知，口服PS-NP可能会导致肠道屏障损伤以及远端器官的毒性反应，不过影响PS-NP生物分布及器官敏感性的宿主因素目前仍不甚清楚。

饮食模式反映了人们的日常食物摄入习惯，如今越来越被认为会影响环境污染物在体内的代谢及毒理效应的重要宿主因素[23][24]。越来越多的证据表明，不健康的饮食模式，尤其是高脂饮食或高糖饮食，可能会与环境污染物相互作用，从而改变后者的生物效应。四溴双酚A是一种广泛应用于消费品中的溴化阻燃剂，有研究指出它在高脂饮食条件下会加剧肥胖相关的不良影响[25]。同样，双酚S也是环氧树脂和食品包装中常用的替代物，有研究显示它可通过干扰秀丽隐杆线虫的脂质代谢，增强高糖饮食带来的肥胖风险[26]。对于聚苯乙烯颗粒，有研究指出限制饮食会增加肠道中聚苯乙烯微塑料的积累，进而导致更严重的肠道屏障功能障碍[27]。还有研究显示，PS-NP暴露会抑制脂肪组织在禁食状态下的脂肪分解，并在高脂饮食条件下加重肠道功能障碍[17][28]。

综上所述，这些研究都表明饮食模式可能是影响PS-NP生物分布和毒性的重要宿主因素，因此值得进一步深入研究。为此，我们研究了正常饮食、高脂饮食以及高果糖饮食（一种典型的高糖饮食）喂养的小鼠体内PS-NP的生物分布情况及其毒理反应，并通过体内和体外实验探究了背后的机制。我们让Caco-2细胞单独接触PS-NPs，或同时接触棕榈酸、果糖，以此模拟相应的饮食环境。这些研究结果有助于我们更好地理解饮食背景如何影响PS-NP的生物分布及毒性。

章节节选

纳米塑料与化学物质

我们所用的是直径为80纳米的PS-NPs，它们以2.5%（重量/体积比）的悬浮液形式存在于无菌去离子水中，由中国天津的Baseline Chromtech Research Centre提供。同样直径为80纳米、经过FITC标记的PS-NPs以1%（重量/体积比）的悬浮液形式由同一家供应商提供，被用于生物分布和细胞摄取实验。N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC，编号N800425，来自中国上海的Macklin公司）则被用于活性氧清除实验。这些PS-NPs的形态为

不同饮食模式改变了PS-NP在全身及特定器官中的分布

要评估PS-NP的器官特异性毒性，首先需要明确其在体内的生物分布情况。我们使用荧光标记的PS-NPs来追踪不同饮食模式下这些纳米塑料的分布情况，随后通过体内荧光成像系统对荧光信号进行量化分析（见图1A–D）。在1周、4周和8周时，对照组与正常饮食+80纳米组之间的全身PS-NP积累水平没有显著差异。相比之下，

讨论

我们的研究结果表明，在相同剂量的PS-NP暴露条件下，饮食模式会改变PS-NP的生物分布及器官特异性毒理反应。具体来说，高脂饮食+80纳米组在肠道和肾脏中的积累更为明显，同时也有更强的肾功能障碍的生化指标表现；而高果糖饮食+80纳米组则在肝脏和肾脏中的沉积更为严重，同时也有更明显的肝损伤生化指标。这些发现说明，饮食模式不仅会影响PS-NP在体内的分布位置

结论

总而言之，在相同剂量的PS-NP暴露条件下，饮食模式会改变这些纳米塑料的生物分布及器官特异性毒理反应。高脂饮食+80纳米组在肠道和肾脏中的积累更为严重，同时肾功能障碍的生化指标也更明显；高果糖饮食+80纳米组则在肝脏和肾脏中的积累更显著，同时肝损伤的生化指标也更突出。从机制上来看，肠道中由活性氧引发的衰老现象以及屏障功能异常是这类反应的共同特征

环境意义

目前关于饮食模式如何影响PS-NP的生物分布及毒理反应的研究还相对较少。本研究表明，口服PS-NP后，高脂饮食和高果糖饮食都会改变这些纳米塑料在特定器官中的分布：高脂饮食更易导致其在肠道和肾脏中积累，而高果糖饮食则更易使其在肝脏和肾脏中沉积。这些不同的分布模式会伴随不同的肝肾损伤特征，同时也存在类似的肠道反应，其表现为活性氧引发的衰老现象以及

作者贡献说明

Sheng Wen：负责论文的撰写与修改、方法学设计以及资金申请工作。Lina Zhao：参与论文撰写与修改、实验指导、项目管理以及研究概念的构思。Lan He：负责数据可视化以及方法学相关工作。Peng Li：承担验证工作以及数据整理任务。Jiamiao Qin：同样负责验证工作以及数据整理。Jie Dai：负责论文初稿的撰写、验证工作、方法学设计以及实验开展。Tao Wu：参与方法学设计、正式数据分析以及数据整理。Xialei Liu：负责数据可视化以及方法学相关工作。Yijun Dong：也参与数据可视化以及方法学研究。

利益冲突声明

所有作者均声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本项研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2023YFF1104800）以及湖北省医学青年拔尖人才计划（项目编号S2020JY23）的资助。

Jie Dai|Tao Wu|Xialei Liu|Yijun Dong|Lan He|Peng Li|Jiamiao Qin|Sheng Wen|Lina Zhao

中国湖北省武汉市武汉大学公共卫生学院营养系