《Toxicology》：Early-Life Exposure to Phthalates and Nanoplastics Alters Gut Microbiota and Intestinal Morphophysiology in Rat Dams and Male Offspring
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邻苯二甲酸酯（Phthalates）和纳米塑料（Nanoplastics, NPs）分别是日常用品中的常见污染物及其降解产物，与环境降解和人类暴露有关。研究表明，这些物质可能影响肠道菌群和形态，尤其是在怀孕和哺乳期。母体菌群的变化可能对子代产生持久的免疫学和炎
邻苯二甲酸酯（Phthalates）和纳米塑料（Nanoplastics, NPs）分别是日常用品中的常见污染物及其降解产物，与环境降解和人类暴露有关。研究表明，这些物质可能影响肠道菌群和形态，尤其是在怀孕和哺乳期。母体菌群的变化可能对子代产生持久的免疫学和炎症影响。本研究旨在探讨妊娠期（设计1）以及妊娠期和哺乳期（设计2）暴露于邻苯二甲酸酯混合物（Phthalate Mixture, PM）和纳米塑料（单独或组合）对直接受暴露母体（1）的结肠组织学和肠道菌群组成，以及这些母体所生雄性幼崽（2）的上述指标的影响。将怀孕的Sprague Dawley（SD）大鼠随机分为4组：CTR（对照组；溶剂）、PM（20?μg/kg/天的邻苯二甲酸酯混合物）、NPs（1?mg/kg/天纳米塑料，NPs-100nm）、PM+NPs（20?μg/kg/天 PM + 1?mg/kg/天 NPs-100nm）。从妊娠第5天（GD5）到GD20进行口服给药以收集母体粪便（设计1），或从GD10到断奶后第22天（PND22）进行口服给药以收集雄性幼崽粪便（设计2）。在处理期结束时，处死怀孕大鼠（GD20）和断奶后雄性大鼠（PND22），每组5-6只。收集结肠样本和粪便分别用于形态学和微生物组组成分析。PM暴露在GD20增加了杯状细胞数量，并减少了丹毒丝菌纲（Erysipelothrichia）和丹毒丝菌目（Erysipelotrichales），在PND22减少了梭菌纲（Clostridia）和梭菌目（Clostridiales）。此外，PM+NPs暴露在GD20增加了杯状细胞数量、芽孢杆菌纲（Bacilli）和乳杆菌目（Lactobacillales）以及γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和肠杆菌目（Enterobacteriales）。这些发现提供了证据，表明在妊娠期暴露于PM+NPs会影响母体菌群和杯状细胞；而在妊娠期和哺乳期的此类暴露则引起子代肠道菌群的改变，但未见组织学变化。这些结果也为共同暴露在人类中的机制效应提供了信息。
生命早期暴露于环境污染物如何影响宿主的肠道菌群与肠道健康，是环境毒理学与发育生物学交叉领域的重要课题。肠道菌群作为调节宿主健康的关键因素，其稳态易受生活方式、饮食以及环境污染物如邻苯二甲酸酯（Phthalates）和纳米塑料（Nanoplastics, NPs）的干扰，导致菌群失调（Dysbiosis），并与多种慢性疾病相关。母体在围产期接触这类内分泌干扰化学物质（Endocrine-Disrupting Chemicals, EDCs），不仅可能影响自身菌群，还可能通过垂直传递影响子代的菌群定植与发育，进而对子代的免疫系统成熟和代谢编程产生长远影响。然而，目前关于邻苯二甲酸酯与纳米塑料单独及联合作用，在生命早期关键发育窗口期（如妊娠期和哺乳期）对母体及子代肠道菌群和肠道结构的具体影响，尤其是其联合暴露的效应，尚不明确。
针对这一问题，研究人员开展了一项动物实验研究。他们选用SD大鼠作为模型，在妊娠期（设计1）或妊娠期与哺乳期（设计2）对孕鼠进行口服暴露处理，设置对照组（CTR）、邻苯二甲酸酯混合物组（PM）、纳米塑料组（NPs）以及二者联合暴露组（PM+NPs）。通过结肠组织的形态学分析（包括HE染色、天狼星红染色、PAS染色和甲苯胺蓝染色）评估肠道形态病理变化，并利用16S rRNA基因V6区的扩增子测序技术分析了母体（GD20）和雄性子代（PND22）盲肠内容物的微生物组组成。研究得出以下结论：在妊娠期（设计1），PM+NPs联合暴露显著改变了母体的肠道菌群结构（如增加了芽孢杆菌纲/乳杆菌目和γ-变形菌纲/肠杆菌目）并增加了结肠杯状细胞数量；单独暴露于PM则降低了梭菌纲/梭菌目的相对丰度。在妊娠期与哺乳期（设计2），子代的肠道菌群组成在门水平无显著变化，但PM暴露特异性地增加了其子代肠道中丹毒丝菌纲/丹毒丝菌目的丰度，且各处理组均未引起子代结肠组织学形态的显著改变。这项研究的重要性在于，它首次系统评估了邻苯二甲酸酯与纳米塑料在发育关键期联合作用对母子两代肠道菌群和肠道形态的影响，揭示了联合暴露可能产生比单独暴露更复杂的微生物组扰动，并提示这些污染物可能通过扰乱肠道微生态稳态，为子代远期健康风险埋下隐患，为理解环境污染物联合暴露的发育毒性提供了新的视角。
该研究采用的主要关键方法包括：1）建立SD大鼠母子代模型，通过口服灌胃进行环境相关剂量的邻苯二甲酸酯混合物（PM）与聚苯乙烯纳米塑料（NPs）的单独及联合暴露处理，暴露窗口覆盖妊娠期或妊娠期与哺乳期。2）利用组织形态学技术（包括苏木精-伊红（H&E）染色、天狼星红染色、过碘酸-希夫（PAS）染色和甲苯胺蓝染色）对结肠组织进行病理学评估和定量分析（如杯状细胞、肥大细胞计数）。3）基于16S rRNA基因V6可变区的扩增子测序技术，分析母体与子代盲肠微生物群的组成和多样性。4）运用生物信息学工具（如Microbiome Analyst）进行差异菌群与潜在疾病关联的宏基因组（in silico）分析。
3.1 生物测量数据
研究人员首先报告了动物的体重数据。结果显示，在妊娠第20天（GD20，设计1）的母体和断奶后第22天（PND22，设计2）的雄性子代中，各实验组之间的体重均未观察到统计学显著差异。这表明在本研究剂量下，这些污染物的暴露未引起明显的生长抑制或发育迟缓。
3.2 形态学分析
在组织病理学分析中，无论是母体还是雄性子代，均未发现明显的肠道病变。对两个实验设计的结肠进行形态测量学分析和胶原纤维定量评估，也未发现组间有显著差异。然而，在设计1（GD20）中，与对照组相比，单独暴露于NPs、PM或PM+NPs均显著增加了母体结肠杯状细胞的数量；并且，联合暴露组（PM+NPs）的杯状细胞数量比单独PM暴露组进一步增加。此外，在设计1的PM+NPs组中，还观察到肥大细胞数量增加。值得注意的是，在设计2（PND22）中，对雄性子代的结肠进行上述形态学分析（包括胶原纤维、杯状细胞和肥大细胞数量），各组间均未发现显著差异。
3.3 肠道微生物组分析
针对母体微生物组（GD20）的分析显示，在门水平上各组间无统计学差异。但在纲和目水平上，联合暴露组（PM+NPs）的芽孢杆菌纲（Bacilli）和乳杆菌目（Lactobacillales）的相对丰度显著高于对照组；同时，该纲和目的丰度以及γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和肠杆菌目（Enterobacteriales）的丰度均在联合暴露组中显著升高。相反，单独PM暴露组的梭菌纲（Clostridia）和梭菌目（Clostridiales）的丰度呈现降低趋势。在α多样性方面，单独PM暴露组的Shannon指数显著低于对照组，也显著低于PM+NPs组；但其Chao1丰富度指数却显著高于对照组。
针对雄性子代微生物组（PND22）的分析同样显示，门水平上无显著差异。然而，在纲和目水平上，单独PM暴露组的丹毒丝菌纲（Erysipelotrichia）和丹毒丝菌目（Erysipelotrichales）的相对丰度显著高于对照组。在α多样性指标（Shannon、Simpson、Chao1指数）上，各组间均未观察到显著差异。
宏基因组（in silico）分析进一步揭示了差异菌群与潜在环境暴露因素及疾病的相关性。对于母体（GD20），芽孢杆菌纲、γ-变形菌纲等菌群的变化与多种环境化学物质（如砷、镍、多溴联苯醚）暴露及疾病（如结直肠肿瘤、肥胖、阿尔茨海默病）相关联。对于子代（PND22），丹毒丝菌纲和丹毒丝菌目的富集则与四溴联苯醚等物质暴露以及代谢性疾病、炎症性肠病（如克罗恩病、溃疡性结肠炎）存在潜在关联。
3.4 讨论
本研究的核心发现是，生命早期（孕期和/或哺乳期）暴露于邻苯二甲酸酯混合物和纳米塑料，特别是二者联合暴露，能够显著扰动母体的肠道微生物组成和肠道形态（增加杯状细胞），并对子代的肠道微生物组成产生特异性影响（增加丹毒丝菌纲），尽管未引起明显的形态结构改变。研究人员认为，母体结肠杯状细胞的增加可能是一种短期的代偿性或适应性反应，旨在通过增强黏液分泌来保护肠道上皮，应对外界污染物的刺激。在菌群层面，联合暴露导致的菌群变化呈现出复杂性：一方面，乳杆菌目（通常被认为有益）的增加可能代表一种有益的代偿性反应；另一方面，肠杆菌目（包含许多机会致病菌）的增加则提示潜在的菌群失调和炎症风险。单独PM暴露导致的梭菌纲减少值得关注，因为该类群中的许多成员在维持肠道稳态、产生短链脂肪酸方面具有重要作用。对于子代，PM暴露特异性增加的丹毒丝菌纲已被多项研究与代谢紊乱、炎症性肠病等疾病风险增加相关联。宏基因组分析进一步支持了观察到的菌群变化与潜在疾病结局之间的联系。研究人员认为，这些发现凸显了在发育关键期，环境污染物联合暴露可能通过破坏肠道微生态这一关键界面，为母体和子代带来长远的健康风险。本研究的局限性包括未探讨性别差异、未评估胎儿菌群及代谢物等。尽管如此，该研究为理解邻苯二甲酸酯与纳米塑料联合暴露的发育毒性和肠道微生态机制提供了重要的初步证据。
基于以上讨论，研究人员得出结论：邻苯二甲酸酯与纳米塑料的暴露，无论是单独还是联合，均能诱导肠道形态（特别是杯状细胞数量）和菌群组成的改变。这种暴露减少了肠道内对稳态有益的细菌丰度，同时促进了机会致病菌的生长。这些结果为理解此类污染物联合暴露的机制效应，尤其是在人类健康方面，提供了关键的初始见解。肠道菌群在宿主代谢、免疫系统成熟和肠道屏障完整性中起着至关重要的作用。因此，阐明邻苯二甲酸酯与纳米塑料如何扰乱这一关键生态系统，可能为研究由污染物介导的疾病（包括炎症性肠病、代谢综合征和神经炎症）开辟新的途径。
