《Poultry Science》：The impact of polystyrene nanoplastics on the chicken gut and liver: Based on transcriptomics and microbiomics
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本研究聚焦纳米塑料（NPs）这一新兴环境污染物对家禽健康的潜在威胁。为解决NPs通过饲料和饮水摄入后对鸡只肝肠系统的毒性机制不明问题，研究人员开展了一项为期42天的实验，通过21天NPs灌胃及21天恢复期观察，系统评估了NPs对三黄鸡生长性能、血清参数、器官指数、肝肠转录组、肠道屏障及肠道菌群的多维影响。结果表明，NPs虽未显著影响平均日增重，但诱导了心脏指数升高、血清抗氧化酶活性抑制及促炎因子（IL-1β、TNF-α）上升，并持续抑制免疫球蛋白IgG；肝转录组揭示线粒体复合体I功能紊乱及胆固醇合成关键基因（如MSMO1、CYP51A1）异常表达，激活TLR4/NF-κB通路驱动炎症，同时抑制Nrf2通路及自噬相关基因；肠道菌群分析显示NPs增加变形菌门（Proteobacteria）和大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia-Shigella）等有害菌丰度，破坏肠道屏障紧密连接蛋白（Occludin、ZO-1）表达。恢复期后部分指标（如肠细胞凋亡）改善，但TLR4/NF-κB通路持续激活且Nrf2通路仍受抑，表明NPs毒性具持久性。该研究为评估环境纳米污染物在畜禽业中的风险提供了关键理论依据，发表于《Poultry Science》。
随着塑料制品在全球范围内的广泛使用，其降解产生的微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）已成为新兴环境污染物，对生态系统和生物健康构成潜在威胁。尤其值得关注的是，作为人类重要蛋白质来源的家禽，在养殖过程中可能通过摄入受污染的饲料和饮水直接接触这些微小塑料颗粒。然而，纳米塑料对禽类健康的具体影响，特别是其对肝脏和肠道这一关键代谢-免疫轴的多维毒性机制，尚缺乏系统研究。
为阐明NPs的毒性效应，研究团队以240只一日龄三黄鸡为模型，设置对照组（NC）及低、中、高三个NPs剂量组（MPD、MPZ、MPG），进行21天NPs灌胃暴露 followed by 21天恢复期观察。研究发现，NPs暴露虽未显著影响鸡只的平均日增重（ADG）和平均日采食量（ADFI），但诱导了心脏指数升高，提示可能存在心肌代偿性肥大。血清学分析进一步揭示，NPs暴露显著降低了抗氧化酶（如GSH-Px、CAT、SOD）活性，升高了脂质过氧化产物MDA水平，并促进了促炎细胞因子IL-1β和TNF-α的表达，同时抑制了免疫球蛋白IgG的水平，表明NPs引发了系统性氧化应激和炎症反应。
在技术方法上，本研究综合运用了血清生化指标检测（包括抗氧化酶活性、MDA、炎症因子及IgG含量）、组织器官指数计算、肝组织转录组测序（RNA-Seq）、空肠组织形态学测量（绒毛高度VH、隐窝深度CD及其比值VH/CD）、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测肝肠关键基因表达、以及基于16S rDNA V3-V4区测序的盲肠微生物群分析。此外，还通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）、蛋白质-蛋白质互作（PPI）网络分析、Friends分析等多重生物信息学手段筛选核心基因，并利用PICRUSt软件对菌群功能进行预测。
生长性能与血清参数
NPs暴露21天后，虽未影响鸡只生长速度，但高剂量组（MP21G）的平均日增重（ADG）呈下降趋势，料重比（F/G）显著升高。血清中，NPs显著抑制了抗氧化酶活性，提高了MDA含量，并上调了促炎因子IL-1β和TNF-α，同时降低了抗炎因子IL-10和免疫球蛋白IgG。恢复21天后（第42天），部分氧化应激指标有所缓解，但血清IgG水平在MP21G组仍显著低于对照组，提示NPs对免疫功能的抑制效应具有持续性。
转录组分析揭示肝毒性机制
肝转录组测序发现，与对照组相比，各NPs暴露组均出现大量差异表达基因（DEGs）。KEGG富集分析显示，中、高剂量组显著富集于甘油磷脂代谢（Glycerophospholipid metabolism）和代谢通路（Metabolic pathways）；恢复期后，各组则显著富集于类固醇生物合成（Steroid biosynthesis）和Fc epsilon RI信号通路等。WGCNA及PPI网络分析进一步筛选出NDUFB6、NDUFB5、NDUFS8（线粒体复合体I亚基）、MSMO1、DHCR7、CYP51A1（胆固醇合成关键酶）等核心基因。这些基因的异常表达表明NPs可能通过破坏线粒体电子传递链功能，诱发活性氧（ROS）爆发，同时干扰胆固醇代谢平衡，进而激活细胞凋亡和炎症通路。
TLR4/NF-κB与Nrf2通路在肝肠中的调控作用
RT-qPCR验证显示，NPs暴露显著上调了肝和空肠中TLR4、MYD88、NF-κB等促炎通路基因的表达，同时下调了抗氧化转录因子Nrf2及其下游基因（NQO1、CAT、SOD等）。此外，自噬相关基因（Beclin1、ATG5、LC3）表达被抑制，而促凋亡基因Bax和Caspase-3表达上升，抗凋亡基因Bcl-2下降。恢复期后，肝中TLR4/NF-κB通路仍处于激活状态，Nrf2通路和自噬则持续受抑，空肠中细胞凋亡有所改善，但自噬在高中剂量组仍被抑制。
纳米塑料对鸡肠黏膜上皮屏障的影响
NPs暴露21天使空肠紧密连接蛋白（Mucin2、Claudin1、Occludin、ZO-1）基因表达显著下调，增加了肠道通透性。形态学上，低剂量组空肠绒毛高度（VH）异常增加，恢复期后，高剂量组VH和VH/CD比值显著降低，隐窝深度（CD）增加，提示肠道结构和吸收功能受损。恢复期后，紧密连接蛋白相关基因表达无显著差异，表明肠道机械屏障有一定自我修复能力。
纳米塑料对鸡肠道菌群的影响
16S测序显示，NPs暴露增加了盲肠微生物的丰富度和多样性，其中变形菌门（Proteobacteria）和大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia-Shigella）等条件致病菌丰度显著上升，而有益菌如Christensenellaceae R-7 group等有所减少。功能预测表明，菌群中与神经系统、遗传信息处理相关的功能基因丰度下降，而与感染性疾病相关的基因丰度上升。恢复期后，在属水平上，有害菌Flavobacteriaceae_uncultured等仍保持较高丰度，有益菌Barnesiella和Shuttleworthia则减少，菌群功能中与细胞过程、信号转导、神经系统等相关的基因丰度显著降低。
综上所述，本研究通过多组学整合分析，系统揭示了NPs通过诱导肝肠氧化应激、炎症反应、细胞凋亡和自噬抑制，破坏线粒体功能，扰乱胆固醇代谢，并导致肠道菌群失调及屏障功能损伤，从而对鸡健康产生多维毒性效应。值得注意的是，即使停止暴露21天后，部分毒性效应（如TLR4/NF-κB通路持续激活、Nrf2通路抑制、有害菌富集）依然存在，表明NPs的毒性具有持久性和延迟性。该研究不仅为评估NPs在畜禽生产中的潜在风险提供了重要的毒理学证据，也为深入探究NPs对动物及人类健康的远期影响指明了方向。
