《Scientific Reports》：Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 2038 and Streptococcus thermophilus 1131 suppress polystyrene nanoplastic transcellular permeability and internalization by intestinal epithelial cells
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纳米塑料经口摄入后会被细胞大量内化，引发氧化应激和细胞凋亡等不良健康效应。针对其内化缺乏有效抑制方法的现状，研究人员以分化的Caco-2单层细胞为模型，探讨了特定酸奶发酵剂菌株（保加利亚乳杆菌2038与嗜热链球菌1131）对聚苯乙烯纳米塑料（PSNPs）内化及跨细胞通透性的影响。研究通过流式细胞术和免疫荧光染色证实，这两种菌株均能显著抑制PSNPs的内化和跨膜运输，且该效应具有菌株特异性。本研究揭示了特定益生菌菌株在缓解纳米塑料摄入带来的健康风险方面的潜力。
塑料污染正以前所未有的规模渗透我们的环境。当大块塑料在物理、化学和生物作用下被分解，最终会形成尺寸小于1000纳米（nm）的塑料微粒——纳米塑料。这些肉眼无法看见的微小颗粒，正通过食物链、饮用水甚至空气被我们摄入体内。其中，经口摄入是纳米塑料进入人体的主要途径之一。它们能够穿过复杂的肠道屏障，被肠道上皮细胞等各类细胞大量“吞噬”或内化，并在细胞内蓄积，引发氧化应激、线粒体功能障碍乃至程序性细胞死亡（凋亡）。然而，面对日益严重的纳米塑料健康威胁，科学界目前仍缺乏有效且安全的干预手段来阻止或减缓其在体内的吸收和蓄积。因此，探寻能够抑制纳米塑料肠道吸收的保护性策略，对于维护人类健康具有极其重要的意义。正是基于这一背景，一项探索性研究应运而生，旨在评估两种经典的酸奶发酵剂菌株——Lactobacillus delbrueckiisubsp. bulgaricus2038（保加利亚乳杆菌2038）和Streptococcus thermophilus1131（嗜热链球菌1131）——对于抑制聚苯乙烯纳米塑料（polystyrene nanoplastics, PSNPs）在肠道模型中内化和转运的潜力，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
为了解答上述问题，研究者搭建了一套精密的体外肠道模型。其核心是基于人结直肠腺癌细胞系Caco-2分化形成的单层细胞（monolayer），这种细胞在特定条件下培养能分化出类似小肠上皮细胞的形态和功能，是研究肠道屏障和物质转运的经典工具。研究的关键技术主要包括：1）细胞培养与分化技术，建立具有完整屏障功能的Caco-2细胞单层模型；2）流式细胞术（flow cytometry），用以对经荧光标记的PSNPs处理后的细胞进行快速、定量的分析，精确检测被细胞内化的纳米塑料颗粒数量；3）免疫荧光染色（immunofluorescent staining），在显微镜下直观地观察和确认PSNPs在细胞内的定位和分布情况。研究人员利用这些技术，系统地比较了在有或无特定乳酸菌菌株存在的情况下，PSNPs与肠道上皮细胞相互作用的不同结局。
研究结果
L. bulgaricus 2038 与 S. thermophilus 1131 显著抑制 Caco-2 细胞对 PSNPs 的内化
研究首先通过流式细胞术对细胞内荧光信号进行定量分析。结果显示，与不加任何菌株的对照组相比，同时加入PSNPs与活性的L. bulgaricus2038或S. thermophilus1131菌株的Caco-2细胞，其内部检测到的荧光信号强度显著降低。这一数据清晰地表明，这两种菌株能够有效地抑制肠道上皮细胞对PSNPs的“吞噬”或内化过程。更有趣的是，即使这两种菌株经过处理失去活性（非活性），它们依然能够发挥显著的抑制作用，这表明这种保护效应很可能并不依赖于菌株的代谢活性或生长繁殖，而是与其细胞壁结构或分泌的某种物质相关。
L. bulgaricus 2038 与 S. thermophilus 1131 显著抑制 PSNPs 的跨细胞通透性
内化只是故事的第一章。被细胞“吃下去”的纳米塑料，还可能穿过细胞，从肠道一侧进入另一侧的血液循环，进而分布到全身各处组织。为了探究这两种菌株是否能阻止这个过程，研究人员进一步评估了PSNPs穿过完整Caco-2细胞单层的速率，即跨细胞通透性（transcellular permeability）。实验发现，无论是活菌还是非活菌状态的L. bulgaricus2038和S. thermophilus1131，都能显著降低荧光标记的PSNPs从细胞单层顶端（肠腔侧）到底端（血液侧）的通透量。这一结果意味着，这两种菌株不仅阻止了细胞“吃”掉纳米塑料，还阻碍了这些塑料微粒“穿过”细胞进入人体循环系统的通道，从而有望减少PSNPs在血管和各种组织器官中的蓄积。
对 PSNPs 内化的抑制效果具有菌株特异性
为了确认观察到的效应是否具有普遍性，还是仅为这两种特定菌株所独有的能力，研究人员扩大了比较范围。他们测试了同一种属（L. bulgaricus和 S. thermophilus）的其他多个不同菌株。结果发现，对于PSNPs内化的抑制能力并非所有保加利亚乳杆菌或嗜热链球菌都具备。在测试的多个菌株中，L. bulgaricus2038 和 S. thermophilus1131展现出的抑制效力最强。这明确地指出，抑制纳米塑料内化是一种菌株依赖性的特性，强调了在筛选具有特定健康功效的益生菌时，精确到菌株水平的重要性。
结论与讨论
本研究的核心结论是：源自酸奶发酵剂的两种特定菌株——保加利亚乳杆菌2038和嗜热链球菌1131，能够在体外肠道细胞模型中，有效抑制聚苯乙烯纳米塑料（PSNPs）的内化及其跨细胞通透性。即使菌株失活，这种保护作用依然存在，提示其机制可能与菌体表面的结构成分（如细胞壁多糖、蛋白质）或其分泌的代谢产物有关，而非依赖于菌株的生理活性。更重要的是，这种抑制效应具有显著的菌株特异性，意味着并非所有同名菌种都具有此功能。
这项研究的意义是多方面的。首先，它为应对纳米塑料带来的新兴健康威胁提供了一个新颖且具有潜在应用价值的思路：利用特定的、安全的食品级微生物来干预其在肠道中的吸收。其次，研究提示我们，日常饮食中的发酵食品（如酸奶）或其特定组分，可能在无形中为我们提供了一道对抗环境污染物侵害的“生物屏障”。最后，该发现强调了在微生物与宿主健康互作的研究中，必须深入到菌株水平，因为即使是同一种属，不同菌株的功能也可能天差地别。尽管这项研究目前还处于体外细胞实验阶段，但其结果为后续开展动物实验和人体研究奠定了坚实基础，为开发基于益生菌或益生元的膳食干预策略，以减轻纳米塑料暴露的健康风险，开辟了充满希望的前景。
