聚苯乙烯微塑料可加重由冈田酸(一种普遍存在的藻毒素)引起的肠道微环境损伤

Polystyrene Microplastics Can Aggravate the Damage of the Intestinal Microenvironment Caused by Okadaic Acid: A Prevalent Algal Toxin.

作者信息Hong-Jia Huang, Yang Liu, Da-Wei Li, Xiang Wang, Nai-Xian Feng, Hong-Ye Li, Ce-Hui Mo, Wei-Dong Yang
PMID40137315
期刊Mar Drugs
发布时间2025-03-17
DOI10.3390/md23030129

实验完整度

包含细胞活力、ROS、LDH、ABC转运体、基因表达及16S rRNA测序等多层次实验,但缺乏体内动物模型验证,实验完整度中等。

主要模型

Caco-2细胞单层模型 体外粪便发酵体系(C57BL/6J小鼠粪便)

重点核对

MPs浓度80 μg/mL,OA浓度20 ng/mL,处理24小时 ABC转运体活性检测使用Calcein-AM 16S rRNA测序分析体外发酵菌群 选用5 μm PS-MPs

摘要

As emerging contaminants, microplastics (MPs) may pose a threat to human health. Their co-exposure with the widespread phycotoxin okadaic acid (OA), a marine toxin known to cause gastrointestinal toxicity, may exacerbate health risk and raise public safety concern. In this study, the toxicity mechanisms of MPs and OA on intestinal microenvironment was explored using human Caco-2 cells as the model, which was combined with an in vitro fecal fermentation experiment. Our results showed that co-exposure to MPs (80 μg/mL) and OA (20 ng/mL) significantly decreased cell viability, increased intracellular reactive oxygen species (ROS) production, elevated lactate dehydrogenase release, impaired ABC transporter activity, promoted OA accumulation, and triggered inflammatory response compared to the control, MPs, and OA groups, indicating that co-exposure directly compromises intestinal epithelial integrity. In vitro fermentation experiments revealed that co-exposure disrupted gut microbial composition, decreasing the relative abundance of some bacteria, such as Parasutterella and Adlercreutzia, while increasing opportunistic pathogens, such as Escherichia-Shigella, increased. These findings provide new insights into the impact and underlying mechanisms of MPs and OA co-exposure on intestinal homeostasis, highlighting the potential health risks associated with MPs.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探究MPs和OA共暴露对肠道微环境损伤的影响及其机制。
核心机制
共暴露通过抑制ABC转运体活性、增加OA积累,并破坏肠道菌群平衡,导致肠道屏障功能受损。
主要证据
Caco-2细胞实验显示共暴露降低细胞活力、增加ROS和LDH释放、抑制ABC转运体活性,并改变紧密连接和刷状缘基因表达;体外发酵实验显示菌群失调。
研究意义
为理解MPs与OA共暴露对肠道稳态的影响提供新见解,强调MPs对人类健康的潜在风险。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

细胞毒性筛选

确定MPs和OA单独及联合暴露对Caco-2细胞活力的影响,选择后续实验浓度。

使用CCK-8法检测不同浓度MPs和OA处理24小时后的细胞活力,并计算OA的IC50。

2

氧化应激与炎症反应检测

评估共暴露对细胞内ROS产生和炎症因子表达的影响。

使用DCFH-DA探针检测ROS水平,RT-qPCR检测IL-8和IL-18 mRNA表达。

3

OA积累和ABC转运体活性检测

检测共暴露对细胞内OA积累和ABC转运体功能的影响。

使用LC-MS/MS定量细胞内OA浓度,使用Calcein-AM评估ABC转运体活性。

4

肠道屏障相关基因表达分析

评估共暴露对紧密连接和刷状缘相关基因表达的影响。

使用RT-qPCR检测紧密连接相关基因(Cldn2、Ocln、Zo-1)和刷状缘相关基因(Alpi、Si、Slc15a1)的表达。

5

体外发酵实验和菌群分析

探究共暴露对肠道菌群组成的影响。

使用小鼠粪便进行体外发酵,通过16S rRNA测序分析菌群多样性和组成。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Lonsera--
青霉素-链霉素溶液----
CCK-8试剂盒Biosharp--
活性氧检测试剂盒Beyotime--
DCFH-DA----
乳酸脱氢酶检测试剂盒Beyotime--
钙黄绿素-AMBeyotime--
TRIzol试剂----
逆转录试剂盒VazymeR233-01
qPCR试剂盒Vazyme--
GAM培养基Hopebiol--
维生素K1----
氯化血红素----
Illumina Nova 6000测序平台Illumina--
Nanodrop 2000Thermo Fisher Scientific--
BioRad S1000 PCR仪Bio-Rad--
多功能酶标仪 (CLARlOstar)BMG LABTECH--
酶标仪 (Cytation5)BioTek Instruments--
聚苯乙烯微塑料 (5.0 μm)Tianjin Base Line Chromatography Technology Development Center--
冈田酸Algal Science Inc.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞毒性实验
MPs浓度80 μg/mL,OA浓度20 ng/mL,处理24小时
阅读提示:参见Materials and Methods 2.2节和图1
ROS检测
DCFH-DA浓度20 nM,孵育30分钟
阅读提示:参见Materials and Methods 4.5节
ABC转运体活性检测
Calcein-AM浓度0.25 mM,孵育30分钟
阅读提示:参见Materials and Methods 4.7节
体外发酵实验
MPs浓度100 μg/mL和1 mg/mL,OA浓度80.5 ng/mL,厌氧培养24小时
阅读提示:参见Materials and Methods 4.9节
16S rRNA测序
V3-V4区域,引物338F和806R
阅读提示:参见Materials and Methods 4.10节