《eBioMedicine》：Microplastic-associated gut microbial profile and antibiotic resistance in preschool children: a multicentre cross-sectional study in China
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本研究针对微塑料（MPs）对人类，特别是敏感人群（如学龄前儿童）的暴露水平及其健康影响尚不明确的关键问题，开展了一项大规模、多中心的横断面调查。研究人员采集了来自厦门、上海和南京的335对粪便样本，利用Py-GC/MS精确量化了其中8种MPs聚合物，并结合16S rRNA和宏基因组测序技术，深入探讨了MPs暴露与学龄前儿童肠道微生物组成、功能通路以及抗生素抗性基因（ARGs）丰度之间的关联。结果显示，学龄前儿童普遍暴露于相对高水平的MPs，且暴露水平存在地域差异。MPs暴露与肠道菌群结构和功能（尤其是与代谢相关的通路）的改变显著相关，并可能导致ARGs（如四环素失活酶和氯霉素乙酰转移酶等）丰度的增加。这项研究为评估学龄前儿童MPs暴露提供了基线数据，首次在人类样本中提示了MPs暴露可能通过扰乱肠道菌群并富集ARGs，从而构成潜在的耐药性风险，对于理解环境污染物对脆弱人群的长期健康影响具有重要意义。
在我们日常生活的环境中，有一种几乎无处不在的“隐形”污染物——微塑料（Microplastics, MPs）。它们是直径小于5毫米的塑料碎片，不仅出现在海洋、土壤和空气中，近年来的研究更是令人震惊地发现，它们已经悄然进入了人体，出现在胎盘、血液乃至粪便中。对于身体各系统仍在快速发育的学龄前儿童来说，他们因单位体重消耗更多食物和水，加之常有“手口”探索行为，可能面临着比成人更高的暴露风险。然而，儿童究竟摄入了多少微塑料？这些看不见的颗粒是否会影响他们娇嫩的肠道菌群，进而干扰正常的生长发育和免疫功能？更令人担忧的是，微塑料已被证明可以作为抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的“运输车”和“放大器”。那么，儿童肠道这个庞大的微生物和基因库，是否会因微塑料的入侵而变成一个耐药基因的“温床”？为了回答这些关乎下一代健康的重要问题，一项由中国多所研究机构联合开展的大规模研究就此展开，其成果发表在《eBioMedicine》期刊上。
为了系统评估学龄前儿童的微塑料暴露水平并探究其潜在的生物学影响，研究人员开展了一项多中心横断面研究。他们于2022年10月至2023年3月期间，在厦门、上海和南京三个城市，共招募了335名3至6岁的学龄前儿童。研究采集了配对的粪便样本，并运用了几项关键技术进行分析：首先，采用热裂解-气相色谱/质谱联用技术（Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry, Py-GC/MS）对粪便中11种预设的塑料聚合物进行定性和定量分析。其次，利用16S rRNA基因测序技术，对80份经过筛选的样本（根据估算每日摄入量分为低暴露组和高暴露组）进行肠道菌群的组成分析。最后，进一步对其中79份样本进行宏基因组测序，以深入解析微生物群在物种水平的功能和携带的抗生素抗性基因谱。
研究结果
参与者特征
最终分析的80名参与者中，男性占60.0%，中位年龄为4.7岁，其人口统计学特征与初始的335人总体样本无显著差异，确保了分析样本的代表性。
MP浓度和估计每日摄入量
研究在97.0%的粪便样本（325/335）中检测到了8种微塑料聚合物。按干重计算，总MPs的中位浓度为212.1 μg/g。其中，聚氯乙烯（Polyvinylchloride, PVC）的检出率最高（94.6%），而聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate, PET）的单位干重浓度最高。三个城市的MPs分布模式总体相似，但厦门样本中的总MPs、PVC和聚乙烯（Polyethylene, PE）浓度均显著高于上海和南京样本。基于粪便浓度估算的每日摄入量（Estimated Daily Intake, EDI）中位值为251.6 μg/kg体重/天，同样在厦门儿童中最高。
基于16S rRNA测序的细菌组成
研究人员根据EDI将参与者分为低暴露组（<84 μg/kg体重/天）和高暴露组（≥84 μg/kg体重/天）。分析发现，高暴露组的香农指数（Shannon index）和辛普森指数（Simpson index）显著高于低暴露组，表明其肠道菌群的α多样性更高。基于布雷-柯蒂斯距离的β多样性分析也显示两组之间存在显著差异。在门水平上，两组肠道菌群主要由厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）构成，但高暴露组的厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值显著低于低暴露组。线性判别分析效应大小分析进一步揭示，高暴露组中拟杆菌科、链球菌科、普雷沃氏菌科、颤螺旋菌科和毛螺菌科等家族的细菌丰度相对更高。
基于宏基因组测序的细菌组成
宏基因组测序在物种水平上确认了上述趋势。高暴露组的F/B比值同样显著降低，且β多样性存在显著差异。分析还发现了特定MPs聚合物浓度与某些物种相对丰度之间的相关性。例如，PVC和PA66浓度与两歧双歧杆菌（Bifidobacterium pseudocatenulatum）和短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）呈正相关，而PVC和PE浓度则与唾液链球菌（Streptococcus salivarius）和马氏布劳特氏菌（Blautia massiliensis）呈负相关。不过，在校正地区、年龄、性别和身体质量指数等协变量后，部分相关性不再显著。
基于宏基因组测序的细菌功能分析
对差异表达基因的功能富集分析显示，高暴露组共有62条代谢通路被显著富集。这些通路主要集中在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢、辅因子和维生素代谢、外源性物质生物降解与代谢以及萜类化合物和聚酮类化合物代谢等层面。这表明MPs暴露可能广泛影响肠道微生物的代谢功能。
基于宏基因组测序揭示的潜在抗生素抗性
宏基因组数据分析揭示了肠道微生物中丰富的抗生素抗性基因。比较发现，高暴露组中有10种ARGs的丰度显著高于低暴露组，包括四环素失活酶、氯霉素乙酰转移酶（Chloramphenicol acetyltransferase, CAT）、vanU、vanY、APH(3′)、ANT(9)、CfxA β-内酰胺酶、CepA β-内酰胺酶和耐甲氧西林PBP2基因。经错误发现率校正后，四环素失活酶和CAT的丰度差异依然显著。相关性分析还发现，PVC浓度与CAT、喹诺酮抗性蛋白和CfxA β-内酰胺酶基因丰度呈正相关，而PE浓度则与CAT呈正相关，但与msr型ABC-F蛋白和四环素抗性核糖体保护蛋白基因丰度呈负相关。同样，部分相关性在调整协变量后消失。
研究结论与讨论
本研究首次通过大规模、多中心的人群研究，系统评估了中国三个城市学龄前儿童的微塑料暴露水平，并深入探讨了其与肠道菌群及抗生素抗性基因的关联。研究得出以下核心结论：
首先，学龄前儿童普遍暴露于多种微塑料，且暴露水平存在明显的地域差异，厦门儿童的暴露水平最高。这提示儿童MPs暴露是一个普遍且需引起重视的公共卫生问题。
其次，MPs暴露与学龄前儿童肠道微生物群落结构和多样性的改变相关。高暴露组表现出更高的α多样性和不同的β多样性，且F/B比值下降，特定细菌家族（如拟杆菌科、链球菌科）的丰度发生变化。这些改变可能与肠道炎症、通透性等潜在健康风险有关。
第三，更为重要的是，MPs暴露与肠道微生物抗生素抗性基因丰度的增加显著相关。高暴露组中多种ARGs的丰度更高，涉及对四环素、氯霉素、糖肽类、氨基糖苷类、头孢菌素类和碳青霉烯类等抗生素的耐药性。这首次在人类样本中提供了MPs暴露可能促进肠道内抗生素耐药性传播的直接证据。
这项研究的发现具有多重重要意义。它填补了关于敏感人群（学龄前儿童）微塑料暴露评估的数据空白，证实了儿童是MPs暴露的高危人群。研究首次在人体中将MPs暴露与肠道菌群功能代谢通路（特别是与生长发育密切相关的营养代谢通路）的改变联系起来，为理解MPs潜在的代谢干扰效应提供了线索。然而，最具警示性的发现是MPs暴露与抗生素抗性基因富集之间的关联。考虑到儿童期是抗生素使用频繁且肠道菌群发育的关键窗口期，MPs可能作为一个额外的驱动因素，加剧抗生素耐药性这一全球性健康威胁。
当然，研究也存在一些局限性。例如，Py-GC/MS方法无法提供MPs的粒径、形态等信息；样本处理过程可能降解了部分酸不稳定或热不稳定聚合物；研究为横断面设计，无法确证因果关系；且未详尽评估饮食等其他可能影响菌群和ARGs的混杂因素。
尽管如此，这项开创性的工作无疑敲响了警钟。它明确指出，学龄前儿童的微塑料暴露问题不容忽视，其对肠道微生态的扰动及可能引发的抗生素耐药风险，值得我们投入更多关注与研究。研究结果呼吁需要制定更有针对性的环境政策，从源头减少塑料污染，并加强对儿童产品和生活环境的监管，以保护这一脆弱人群免受微塑料带来的潜在长期健康危害。
