《Environment International》：Gut microbiota dysbiosis is associated with the synaptic deficits and cognitive impairment induced by LCM mixtures within a proposed mechanistic framework consistent with the AOP concept
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研究人员系统研究了环境水平液晶单体(LCM)混合物对认知功能的影响，并提出了与不良结局路径(AOP)概念一致的机制框架。研究发现，LCM混合物暴露与小鼠焦虑样行为和记忆缺陷相关，并伴随海马神经元损伤、神经炎症及突触可塑性降低。机制分析提示，LCMs可能通过与Z
研究人员系统研究了环境水平液晶单体(LCM)混合物对认知功能的影响，并提出了与不良结局路径(AOP)概念一致的机制框架。研究发现，LCM混合物暴露与小鼠焦虑样行为和记忆缺陷相关，并伴随海马神经元损伤、神经炎症及突触可塑性降低。机制分析提示，LCMs可能通过与ZO-1蛋白的分子结合这一假定分子起始事件(MIE)，损害肠道屏障完整性，进而引发结肠炎症与微生物失调（如Parasutterella属变化）。粪菌移植(FMT)为肠道菌群紊乱在LCM所致认知功能障碍中的作用提供了间接证据。此外，与LCMs暴露同时进行的益生菌干预可通过调节菌群组成、减轻全身及神经炎症、增强突触可塑性，从而预防认知损害。
液晶单体（liquid crystal monomers，LCMs）是一类广泛用于电子设备的新型有机污染物，可通过多种途径释放到环境，并在空气、灰尘、沉积物及人体血清中被检出。职业暴露人群血清LCMs浓度显著高于普通人群，饮食摄入被认为是人类接触LCMs的主要途径之一。目前关于LCMs的毒性研究多集中于肝脏代谢紊乱、生殖功能障碍及视觉发育损害等，而其对于认知功能的影响证据仍十分有限。已有研究显示，LCM单体EtCBN和EBCN可分别通过扰乱肠道微生物群落的结构和代谢，诱导神经炎症和突触损伤，提示肠道菌群失调可能是LCMs神经毒性的一个重要环节。然而，关于LCM混合物经“肠-脑轴”影响认知功能的具体机制，尚缺乏系统性的实验证据。因此，研究人员以环境相关浓度LCM混合物暴露为模型，结合细胞实验、动物行为学、肠道菌群测序及粪菌移植等技术，围绕肠-脑轴途径深入探讨了LCM混合物对认知功能损害的机制，并构建了与AOP概念一致的机制框架。
研究人员选用了雄性C57BL/6J小鼠，通过经口灌胃给予环境相关剂量（180 μg/kg）和高剂量（1800 μg/kg）的LCM混合物12周，模拟人体经口暴露情景。行为学测试包括旷场实验、新物体识别实验和巴恩斯迷宫实验；组织病理学、免疫荧光和实时荧光定量PCR用于评估海马与结肠组织的炎症和突触相关蛋白表达。此外，采用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成变化，利用分子对接和分子动力学模拟预测LCM单体与紧密连接蛋白ZO-1的结合能力，并通过粪菌移植和益生菌干预进一步验证肠道菌群在认知损害中的因果作用。
LCM混合物在环境与人体血清中的分布与浓度研究显示，室内灰尘中LCMs的检出频率和总浓度均高于室外，电子废物拆解工人血清LCMs总浓度和检出单体种类均明显高于普通参考人群。基于此，研究人员筛选了八种环境检出频率较高或毒性潜力较大的LCM单体（EtCBN、EBCN、PrCBN、PBIPHCN、PrTFPBC、PrTFMPBC、DFPrPrCB和FPPrBC），组成LCM混合物用于后续实验。体外细胞实验发现，LCM混合物对小鼠海马神经元HT22细胞和小胶质BV2细胞的增殖抑制作用均随时间延长和浓度升高而增强，且混合物暴露的细胞毒性持续性优于任何单一单体，表明混合物模式下LCMs的联合毒性不容忽视。
在体内实验中，LCM混合物暴露小鼠表现出明显的焦虑样行为和物体识别与空间记忆能力下降。海马CA1区组织病理学检测显示神经元丢失、核固缩和排列紊乱，尼氏体减少，炎症因子白介素1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的mRNA及蛋白表达显著上调。高尔基染色显示海马CA1区树突棘密度下降，脑源性神经营养因子（BDNF）表达降低，α-突触核蛋白（α-SYN）表达升高，表明LCMs暴露抑制了海马突触可塑性并诱发神经炎症。
为进一步阐明肠道在其中的作用，研究人员对结肠组织进行了病理和分子检测。结果显示，LCMs暴露破坏了结肠黏膜结构，增加炎症细胞浸润，下调紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达，同时升高促炎因子水平、降低抑炎因子水平。分子对接和分子动力学模拟结果提示，八种LCM单体均可以与ZO-1蛋白的PDZ结构域结合，其中部分单体的结合能接近强结合阈值，复合物构象在100 ns模拟中保持稳定。研究人员据此将LCMs与ZO-1的相互作用假定为AOP框架中的分子起始事件（MIE）。16S rRNA基因测序结果表明，LCMs暴露降低了肠道菌群丰度和多样性，改变菌群结构，并使Parasutterella、Coriobacteriaceae_UCG_002和Faecalibaculum等菌属的相对丰度显著增加，这些菌属的相对丰度与小鼠认知表现呈显著负相关。
粪菌移植（FMT）实验发现，接受LCMs暴露小鼠粪便菌群的受体小鼠同样表现出焦虑样行为和空间记忆损伤，海马和结肠出现炎症反应及紧密连接蛋白表达下降，提示肠道菌群失调在LCMs所致认知功能障碍中可能发挥关键介导作用。益生菌干预实验表明，在LCMs暴露同时给予复合益生菌（含长双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和粪肠球菌）可以显著改善LCMs诱导的认知损害，恢复海马树突棘密度及BDNF与α-SYN的正常表达水平，减轻结肠炎性损伤，并使受扰乱的肠道菌群结构趋于正常。这些结果共同支持益生菌可能通过调节肠道微生态、抑制外周和中枢炎症来阻断LCMs神经毒性效应。
文章讨论部分对LCM单体的结构与毒性关系进行了分析，指出含氰基单体（如EtCBN、EBCN和PBIPHCN）的细胞毒性普遍强于部分含氟单体（如DFPrPrCB、FPPrBC），而毒性强弱与环境检出频率之间并无必然联系。研究人员依据室内灰尘中单体的相对比例构建环境相关混合物，并讨论了单体生物利用度、组织分布和代谢差异带来的不确定性。作者同时指出了研究的局限性，包括未直接测量肠屏障通透性和血脑屏障功能、FMT可能导致的化学物质残留问题、雄性动物依赖、行为学条件优化不足，以及ZO-1结合仅依据计算模拟等。未来研究需通过表面等离子体共振等生物物理方法验证LCMs与ZO-1的直接结合，采用无菌小鼠模型建立更严谨的菌群因果验证，并开展益生菌治疗性实验。
研究最终结论指出，在符合AOP概念的机制框架中，LCMs与ZO-1蛋白的结合被假定为MIE，可能触发肠道屏障损伤、肠道炎症和微生物失调，进而导致海马神经炎症和突触可塑性下降，最终表现为认知功能障碍。FMT结果表明肠道菌群失调在LCM诱导的认知损害中具有潜在因果作用；与暴露同步的益生菌干预可通过重建微生物平衡和减轻炎症来预防LCMs神经毒性。该研究为LCMs作为新兴环境污染物对认知健康的潜在威胁提供了系统性证据，也提示以肠道菌群为靶点的干预措施可能成为环境污染相关认知障碍的预防策略。
