围产期纳米聚苯乙烯暴露：对炎症性肠炎的不良印迹

《Particle and Fibre Toxicology》：Perinatal exposure to nano-polystyrene: deleterious imprinting on inflammatory bowel diseases

　　

背景：塑料的生产和使用规模不断扩大，导致纳米塑料（nanoplastics, NPL）进入环境，并可在风化作用下改变毒理学特性。NPL可通过受污染食物和食品包装进入人体，并能穿过上皮屏障。与此同时，包括肠道疾病在内的非传染性疾病全球发病率上升。本研究关注妊娠和哺乳期雌性小鼠口服暴露50 nm聚苯乙烯微球（pristine PS50）或风化聚苯乙烯（weathered PS50w）对子代肠道功能的影响，具体考察口服耐受与肠道疾病发生两方面。 方法：妊娠第15天（G15）起，雌性小鼠每日经口灌胃1.25 mg PS50或PS50w，持续至子代断奶（出生后第21天，PND21）。为研究口服耐受，子代分别经口和全身暴露于卵清蛋白（ovalbumin, OVA）；为研究肠道疾病，自PND63起用葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导结肠炎。 结果：围产期暴露PS50或PS50w对孕鼠和哺乳期母鼠死亡率及子代性别比例无影响，但使子代在PND63体重升高。对OVA的耐受未受影响。然而，成年子代DSS诱导结肠炎的宏观评分在雌雄两性均显著恶化；其中雄性子代中，PS50w比PS50更具危害性。 结论：生命早期暴露PS50或PS50w对肠道生理有长期后果，且效应存在性别二态性。结果提出了围产期PS50和PS50w暴露后期效应动力学的问题，并引入“印迹（imprinting）”概念。

研究背景方面，塑料自20世纪以来产量激增且回收管理不足，聚苯乙烯（polystyrene, PS）作为常见塑料广泛存在于食品包装与环境中。塑料在环境中降解形成微塑料（MPL；0.1–5000 μm）与纳米塑料（NPL；1–100 nm），其中NPL因尺寸小更易穿过肠道上皮屏障，并已在人胎盘、母乳、血液、肝脏、肺组织等多种人体组织中检出。人群主要通过食物和饮水摄入MPL与NPL，而NPL检测难度大、易交叉污染，真实暴露量仍不明确。与此同时，非传染性疾病尤其是炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）全球负担上升。根据健康与疾病的发育起源（Developmental Origin of Health and Disease, DOHaD）概念，围产期是肠道菌群、上皮与免疫系统成熟的关键窗口，母体暴露可使胎儿和新生儿通过胎盘与哺乳接触NPL。因此，研究人员拟在小鼠模型中评估围产期母体口服50 nm PS（PS50）与风化PS（PS50w）对子代口服耐受建立及成年IBD易感性的影响。该研究发表于《Particle and Fibre Toxicology》。

主要技术方法方面，研究人员使用C3H/HeNRj小鼠，设PS50、PS50w与水对照组，自妊娠第15天起对母鼠每日经口灌胃至子代断奶；子代分为口服耐受模型与DSS诱导结肠炎模型。口服耐受模型在PND15经口给予OVA或水，PND21皮下注射OVA加完全弗氏佐剂（complete Freund's adjuvant, CFA），PND35加强免疫，检测血清抗OVA抗体。结肠炎模型在PND63用3% DSS饮水5天再清水2天，采用疾病活动指数（disease activity index, DAI）与宏观损伤评分，并结合Ussing腔外渗实验测结肠通透性、粪便钙卫蛋白（calprotectin）、免疫球蛋白A/G（IgA/IgG）及抗OVA亚型等指标评估。

研究结果方面，物理化学表征显示PS50与PS50w流体力学直径均约50 nm，ζ电位分别为?34.2±2.9 mV与?30.0±1.2 mV，风化未显著改变粒径。口服暴露对母鼠无影响小节表明，母鼠在泌乳第0、15、21天的体重、肠长、血清与粪便IgG/IgA、血糖均未受PS50或PS50w影响，妊娠死亡率、窝仔数与性别比例也无变化。断奶时PS50w致雌鼠体重增加小节显示，PND15雌鼠粪便IgA升高，PND21雌鼠体重显著增加，雄鼠无此变化，PS50本身此时无可见效应。PND15口服耐受不受PS50或PS50w影响小节显示，OVA耐受组血清抗OVA IgG较免疫组低约1000倍，暴露组仍可有效建立口服耐受；但免疫雄鼠中PS50w升高IgG1、PS50升高IgG2a，提示系统免疫偏向改变。围产期PS50或PS50w的长期后果小节显示，PND56时PS50w组雌雄子代体重均高于对照，血糖无变化。DSS结肠炎在雄性中被PS50与PS50w加重且PS50w更强小节显示，雄性中PS50w组体重丢失更明显、宏观评分更高，结肠增厚、水肿、肠系膜粘连加重，PS50w还缩短结肠长度，但粪便IgG/IgA、钙卫蛋白与FD4通透性未进一步恶化。DSS结肠炎在雌性中被PS50与PS50w加重小节显示，雌性PS50与PS50w组宏观评分均升高，结肠变短、增厚、水肿与粘连增加；PS50w在DSS第5天DAI更高，PS50组粪便钙卫蛋白进一步升高，PS50w反而降低DSS所致结肠高通透性。

讨论部分总结方面，研究人员指出母体稳态下NPL无明显毒性，但子代出现性别二态性：PS50w致雄性成年与雌性断奶后体重增加；PS50与PS50w均加重成年DSS结肠炎，雄性中PS50w更有害，口服耐受建立未被破坏但系统免疫亚型偏移。与成年期长期饮水暴露研究不同，本研究的生命早期暴露窗口更符合DOHaD框架，说明早期NPL暴露可对胃肠轴产生持续性不良印迹。相较于微塑料，NPL更难定量且具“隐形”威胁；风化PS并未减弱毒性，反而在部分终点更强，提示不能只用原始PS评估风险。

结论部分翻译如下：结果揭示了聚苯乙烯纳米颗粒对非传染性疾病危害的新认识，以及母体纳米聚苯乙烯暴露通过改变围产期印迹影响子代健康的后果。总体而言，PS50或PS50w的早期暴露在围产期对肠道发育产生不良影响，并对肠道稳态造成持久后果，导致两性子代成年期结肠炎加重；这些效应终生持续，并表现为肠道稳态改变，尤其是对肠道微生物群的肠道免疫反应发生改变。围产期聚苯乙烯纳米颗粒暴露后，雌性的体重增益增加与结肠炎易感性增强较雄性更明显，这种性别二态性强调在两性中研究效应的重要性；风化颗粒的更强效应凸显了依据塑料结构（原始态对比风化态）区分效应的必要性。