南通大学研究成果登上ACS Nano：怀孕期间吸入纳米塑料或将提高后代罹患肠道疾病的概率！

塑料制品因其稳定的物化特性而被广泛应用于工业和消费品行业。自20世纪40年代以来，全球塑料产量已达到每年3亿吨，2019年中国塑料产量占全球总产量的31%。据估计，到2025年，环境中将有110亿吨塑料。塑料在其生产和使用过程中被大量丢弃。在自然环境中，物理、化学和生物过程的结合将塑料废物缓慢转化为微塑料（<5mm）或纳米塑料（<100nm）。一个微塑料颗粒可降解为数十亿纳米塑料颗粒，因此纳米塑料的数量远多于微塑料。纳米塑料对水生生物和人类具有生态毒理学效应。聚苯乙烯纳米颗粒（PS-NP）是自然环境中最普遍的纳米塑料之一。它们在商业产品中有许多应用，如化妆品、牙膏、研磨剂和洗涤剂。PS-NP几乎不可能从环境中被清除。由于其潜在的健康风险，它们引起了越来越多的关注。

大量动物研究表明，PS-NP可通过皮肤、呼吸系统、消化系统进入体内，并在各种器官中累积，包括肝脏、肾脏、睾丸和肠道。如此广泛的分布可能会引起多器官毒性。此外，基于哺乳动物模型的研究表明，纳米颗粒会从母体转移到后代，从而对后代的发育产生不利影响。最近有报道称，在怀孕期间暴露于PS-NP的母体所产下的雄性后代小鼠会受到肝脏和睾丸损伤。然而，母体暴露于PS-NP对产下后代的肠道毒性影响尚不明晰。

近期，南通大学赵新元团队研究了在怀孕期间吸入PS-NP的母体对后代成年小鼠的小肠毒性，并检查了该毒性的性别依赖性影响。该结果有望帮助识别与PS-NP暴露相关的人类呼吸系统风险，并为PS-NP的小肠毒性提供了一些见解。该研究为塑料污染如何影响人类健康提供了一个视角，并呼吁对弱势群体（如孕妇）的PS-NP相关健康风险进行彻底评估。该研究以题为“Ferroptosis Is Involved in Sex-Specific Small Intestinal Toxicity in the Offspring of Adult Mice Exposed to Polystyrene Nanoplastics during Pregnancy”的论文发表在最新一期《 ACS Nano》上。

孕期接触PS-NP对后代的产仔数、性别比、出生后体重和成年体重的影响

在本研究中，母鼠交配前的体重没有显著差异（图1B）。在怀孕期间接触PS-NP后，与对照组相比，无处理组的产仔数或性别比出现明显变化（图1C，D）。然而，暴露于MD（中等计量）或HD（高剂量）显著降低了雌性小鼠的出生体重，而不影响雄性小鼠的出生体重（图1E，F）。暴露于LD（低剂量）不会影响雌性或雄性小鼠的出生体重（图1E，F）。众所周知，雄性和雌性之间的性别差异甚至在出生之前就存在。这些性别相关的差异可能会影响胎儿的生长和发育后果。雌性更容易受到子宫环境变化的影响，从而导致出生体重降低。

图1. 妊娠期接触PS-NP对后代的产仔数、性别比、出生后体重和成年体重的影响。

孕期接触PS-NP对后代的小肠形貌的影响

研究表明，怀孕期间暴露于PS-NP会导致所有后代的十二指肠、空肠和回肠中的绒毛异常形成或完全受损（图2A、C、E）。作者测量了雌性后代十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度和隐窝深度（图2）。在十二指肠，与对照组相比，PS-NP暴露显著降低了MD和HD组的绒毛高度（图2B）。同时，所有PS-NP治疗组的隐窝深度显著增加（图2B）。LD组空肠绒毛高度显著增加（图2D）。然而，MD组的隐窝深度显著降低，而HD组的隐穴深度显著增加（图2D）。此外，MD组和HD组十二指肠和空肠的绒毛高度与隐窝深度之比显著降低（图2B，D）。在回肠中，尽管LD、HD和MD组的绒毛高度和隐窝深度显著增加，但MD组绒毛高度与隐窝深度之比显著低于对照组（图2F）。

图2. 妊娠期暴露于PS-NP后，雌性后代小鼠十二指肠、空肠和回肠组织的组织病理学变化。

孕期接触PS-NP对后代小肠氧化应力和铁死亡的影响。

氧化应力在纳米毒性中起着关键作用。氧化应力在纳米粒子引起的肠道损伤中发挥着潜在作用。在雌性后代中，MD和HD组十二指肠中的MDA含量显著高于对照组（图3A）。在空肠中，HD组的MDA含量显著高于对照组（图3B）。此外，MD组的谷胱甘肽过氧化物酶活性显著高于对照组（图3B）。在回肠，HD组的SOD活性显著高于对照组（图3C）。在雄性后代中，HD组十二指肠中的SOD活性显著低于对照组（图3D）。在空肠中，HD组的SOD活性显著高于对照组（图3E）。在回肠，MD组SOD活性增加，而HD治疗后MDA浓度显著降低（图3F）。这些实验结果表明，PS-NP暴露对小鼠后代小肠中氧化应力的影响与性别和位置有关。

图3. PS-NP的孕前吸入对雌性和雄性后代小鼠十二指肠（A，D）、空肠（B，E）和回肠（C，F）组织中SOD、MDA和GSH-PX酶活性的影响。

一种被称为铁死亡的细胞死亡通常伴随着脂质过氧化和铁蓄积。磷脂过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）铁死亡的主调节器，它将有害的脂质氢过氧化物转化为无毒的脂质醇，这对预防铁死亡很重要。作者通过检测GPx4、FTH1、FTL和SLC7A11水平，以确定孕期接触PS-NP是否会导致后代小肠的铁死亡。实验结果表明，所有小鼠后代的十二指肠、空肠和回肠中GPx4、FTH1和FTL的蛋白表达水平均呈剂量依赖性降低。然而，SLC7A11仅在十二指肠中表现出显著下降（图4 A−C）。免疫组织化学分析证实HD组小鼠的蛋白质表达减少，GPx4蛋白主要在肠上皮细胞、固有层细胞和绒毛细胞的细胞核和细胞质中表达。结果表明，怀孕期间接触PS-NP会导致小鼠后代小肠损伤，尤其是雌性。暴露会导致后代小肠铁死亡，这表明在妊娠期间接触PS-NP会产生后代小肠毒性。

肠道疾病与铁死亡之间具有密切联系。最近的研究表明，GPx4活性的降低会导致克罗恩病患者肠道受损区域的铁死亡。因此，铁死亡可能有助于肠道疾病的病理性发生。

图4. 雌性后代小鼠小肠样品中GPx4、FTH1、FTL和SLC7A11的蛋白表达。

小结

该工作基于小鼠模型，研究了母体在妊娠期间吸入PS-NP对后代成年雄性和雌性的小肠毒性影响。研究结果表明，雌性后代比雄性后代更易受影响。此外，在损伤过程中可能涉及铁死亡。妊娠期暴露于PS-NP的后代所发生的小肠损伤与铁死亡相关基因的诱导表达有关。该结果有望帮助识别与PS-NP暴露相关的人类呼吸系统风险。该发现为PS-NP的小肠毒性提供了一些见解，为塑料污染如何影响人类健康提供了一个视角，并呼吁对弱势群体（如孕妇）的PS-NP相关健康风险进行彻底评估。

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文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09729

来源：高分子科学前沿

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