粪便中微塑料暴露与儿童炎症性肠病的关联：其对肠道微生物群和代谢物的潜在影响

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Associations between microplastics exposure in feces and pediatric inflammatory bowel disease: their potential effects on gut microbiota and metabolites

　　

将微塑料（MPs）与儿童炎症性肠病（PIBD）联系起来的证据仍然有限。这项小样本探索性横断面研究使用热解气相色谱/质谱法、16S rRNA基因测序和靶向代谢组学分析了来自13例PIBD病例和12例对照的粪便样本。在所有样本中均检测到MPs，其中聚氯乙烯（PVC）的检出率和浓度最高。经过Benjamini-Hochberg校正后，PIBD病例中的总微塑料（TMP）和PVC浓度更高。PIBD病例占高TMP组的87.5%和低TMP组的25.0%（P=0.041）。在调整年龄和性别后，经对数转换（ln）的TMP和PVC每增加一个四分位距（IQR），与PIBD的较高几率相关（比值比=8.99和10.51）。在总样本中，高TMP组具有较高的拟杆菌属（Bacteroides）和丁酸弧菌属（Butyricimonas），以及较低的罗姆布茨菌属（Romboutsia）和普雷沃氏菌属（Prevotella）。两组之间有27种代谢物名义上存在差异，经年龄调整的分析显示TMP和PVC与这些代谢物存在多种相关性。TMP和聚苯乙烯（PS）分别与罗姆布茨菌属（Romboutsia）和厌氧棍状菌属（Anaerostipes）呈负相关，而PVC和PS与α多样性指数呈负相关。在PIBD病例中，加权UniFrac分析显示高TMP组与低TMP组之间存在β多样性分离。有40种代谢物名义上存在差异，其中高TMP组有38种较低、2种较高。富集的通路涉及氨基酸代谢、蛋白质消化与吸收以及矿物质吸收。总体而言，较高的粪便TMP和PVC浓度与PIBD相关，探索性分析表明粪便MP浓度与肠道微生物和代谢谱之间存在关联。

**研究背景与问题**
微塑料（MPs）广泛存在于环境中，通过摄入、吸入等途径进入人体，粪便中MPs负荷较高，肠道成为重要靶器官。儿童炎症性肠病（PIBD）发病率持续上升，除遗传因素外，环境污染物（如MPs）的影响日益受到关注。儿童肠道屏障发育未成熟、通透性高，且通过玩具、奶瓶等途径接触MPs的风险更高，但MPs暴露与PIBD关联的儿童人群证据尚有限。现有动物实验提示MPs可诱导肠道损伤、炎症反应并改变肠道微生物群，但该机制在PIBD人群中尚未系统验证。因此，研究人员开展此探索性研究，旨在初步探讨粪便MPs暴露与PIBD的关系，以及其对肠道微生物群和代谢物的潜在影响。该论文发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》。

**技术方法概述**
研究人员从厦门大学附属第一医院招募13例PIBD病例和12例对照儿童，采集粪便样本。主要关键技术包括：热解气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）定量13种目标聚合物（如聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS等）；16S rRNA基因V3-V4区扩增子测序分析肠道微生物群组成；靶向代谢组学（550种代谢物）定量分析。统计分析采用Firth惩罚逻辑回归评估MPs与PIBD的关联，并利用年龄校正的偏Spearman相关及Wilcoxon秩和检验探索MPs与微生物群、代谢物的关系。

**研究结果**
（1）**粪便MPs检测与浓度**：所有样本均检出MPs，中位TMP浓度为813.357 μg/g dw。7种聚合物被检出，其中PVC检出率100%，浓度最高（中位390.614 μg/g dw）。
（2）**MPs暴露与PIBD关联**：PIBD病例组TMP和PVC浓度显著高于对照组（校正后q<0.05）。高TMP暴露组中PIBD病例比例（87.5%）高于低暴露组（25.0%）。经年龄、性别调整后，TMP每增加1个IQR，PIBD优势比OR=8.99；PVC的OR=10.51。
（3）**MPs与肠道微生物群**：在总样本中，高TMP组拟杆菌属（Bacteroides）和丁酸弧菌属（Butyricimonas）较高，罗姆布茨菌属（Romboutsia）和普雷沃氏菌属（Prevotella）较低。年龄校正后，TMP与罗姆布茨菌属（Romboutsia）呈负相关；PS与厌氧棍状菌属（Anaerostipes）呈负相关；PVC和PS与α多样性指数（Shannon、Simpson）呈负相关。
（4）**MPs与代谢物**：总样本中，高与低TMP组间27种代谢物名义上存在差异，富集于胃酸分泌、核苷酸糖生物合成等通路。经年龄校正，TMP和PVC与多种代谢物（如tauro-β-鼠胆酸、N-乙酰-D-葡萄糖胺）存在相关性。
（5）**PIBD亚组分析**：在PIBD病例中，高与低TMP组间β多样性（加权UniFrac）显著分离。40种代谢物差异（38种降低，2种升高），富集于氨基酸-tRNA生物合成、蛋白质消化与吸收、矿物质吸收等通路。PVC和PS与α多样性指数（Chao1、Shannon）呈负相关；TMP与34种代谢物呈负相关，与5-羟基吲哚-3-乙酸呈正相关。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究首次在儿童群体中提供MPs暴露与PIBD关联的初步证据，并发现MPs与肠道微生物群失调及代谢紊乱相关。PVC的高检出率可能源于儿童频繁接触含PVC的玩具、家居用品等。PIBD组中MPs负荷更高，与成人IBD研究结果一致，且实验研究支持MPs通过破坏紧密连接蛋白、诱导炎症通路（如NF-κB、NLRP3）等机制加剧肠道炎症。微生物群方面，MPs与保护性菌属（如厌氧棍状菌属Anaerostipes）呈负相关，与黏液降解菌（如瘤胃球菌属扭群Ruminococcus_torques_group）正相关，提示MPs可能削弱肠道屏障功能。代谢物分析显示MPs暴露与氨基酸代谢、蛋白质消化吸收通路紊乱相关，且TMP的相关性比单一聚合物更强。由于研究为横断面设计、样本量小，所有结果应视为探索性，需在更大队列中验证。

**研究结论翻译**：在这项小型探索性研究中，PIBD患儿的粪便MPs浓度高于对照组。粪便MPs浓度与肠道微生物和代谢谱的改变相关。在PIBD患儿中的探索性分析进一步提示，较高的粪便TMP暴露与肠道微生物群落结构和粪便代谢谱的差异相关。这些发现强调了在PIBD患儿中尽量减少可避免的MPs暴露的潜在重要性。