Sci Total Environ 深圳市人民医院董少红/尹达/孙鑫教授团队揭示聚苯乙烯微塑料暴露对血管的毒性影响

血管钙化是一种常见的以血管壁异位钙盐沉积为特征的病理表型，其发生机制与炎症密切相关。血管钙化可使血管顺应性降低、动脉壁增厚、管腔狭窄、斑块不稳定和斑块破裂，从而导致一系列心血管疾病和不良的心脑血管事件。目前，关于导致血管钙化的潜在危险因素尚不清楚。

众所周知，心血管疾病的发生发展受基因和环境等众多因素的影响。但随着对心血管疾病病因和机制不断地深入研究，人们发现遗传变异只占心血管疾病发生风险的一小部分(<20%)。由此可知，环境因素在心血管疾病的发病机制中起着举足轻重的作用。其中，环境污染是重要的环境暴露。

聚苯乙烯是最常见的微塑料成分之一，是食品包装、一次性使用塑料餐具的主要组分。目前，越来越多的研究表明，聚苯乙烯通过不同的暴露途径对实验动物的各个系统(心、肺、肝、肾、神经)造成毒性效应。

2023年9月19日，深圳市人民医院的董少红/尹达/孙鑫教授团队在Science of The Total Environment杂志在线发表了“Toxic vascular effects of polystyrene microplastic exposure”的论文，进一步揭示了聚苯乙烯微塑料暴露对血管的毒性影响。

首先，研究者在血管钙化患者的粪便中发现不同程度的微塑料聚合物的存在，包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯纤维、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酰胺(图1)，并且发现粪便微塑料的来源与饮用瓶装水、外卖食品、暴露于有灰尘的工作环境有关。此外，研究者也发现聚苯乙烯与血管钙化有一定的相关性。 

图1. 人粪便微塑料聚合物提取分离、检测以及统计分析

为了进一步验证聚苯乙烯微塑料与血管钙化之间的关系，研究者在饮用水中添加聚苯乙烯微塑料颗粒，给予正常大鼠和维生素D与尼古丁(VDN)诱导的大鼠自由饮用，发现聚苯乙烯微塑料颗粒可诱发正常大鼠心脏和主动脉血管出现轻微的钙化，明显加重了VDN诱导的大鼠心脏和血管的钙化(图2)。

图2. 聚苯乙烯暴露诱导正常大鼠血管轻微钙化，并加重VDN诱导的大鼠血管钙化

16S rRNA基因测序分析显示，在门水平上的主坐标分析(PCoA)揭示聚苯乙烯处理后肠道微生物群结构存在差异，且降低了肠道菌群的α-多样性(Shannon index)，而Observed ASVs未见明显差异。研究者还发现聚苯乙烯处理后，Proteobacteria和Escherichia_Shigella分别在门水平和属水平上成为优势菌群。与Normal组和VC组相比，Normal+0.5mg/L组和VC+0.5mg/L组Proteobacteria丰度分别增加了5.95倍和1.55倍，而Escherichia_Shigella丰度分别增加了7.15倍和1.82倍(图3)。

图3. 聚苯乙烯暴露扰乱肠道微生物群

研究者进一步分析了血浆中LPS、IL-1β、IL-6和TNF-α水平，发现与Normal组和VC组相比，Normal+0.5mg/L组和VC+0.5mg/L组LPS、IL-1β、IL-6和TNF-α水平均显著升高。检测粪便中主要的短链脂肪酸发现，与Normal组和VC组相比，Normal+0.5mg/L组和VC+0.5mg/L组乙酸、丙酸以及丁酸均有不同程度的下降。这些结果揭示了聚苯乙烯暴露促进机体炎症反应(图4)。

图4. 聚苯乙烯暴露促进机体炎症反应

与Normal组相比，Normal+0.5mg/L组大鼠结肠固有层存在不同程度受损，隐窝变浅，杯状细胞减少，炎症细胞的浸润增加。与VC组相比，VC+0.5mg/L组结肠固有层受损更加严重，隐窝变得更浅，杯状细胞变得更少，炎症细胞的浸润更加严重。进一步分析结肠通透性，发现暴露于聚苯乙烯显著增加了血浆D-乳酸和二胺氧化酶的含量，其被认为是肠道渗漏的生物标志物，这表明聚苯乙烯暴露显著增加了肠道通透性。因此，聚苯乙烯暴露可诱导大鼠肠道炎症，损害肠道屏障，增加了肠道通透性(图5)。

图5. 聚苯乙烯暴露导致正常大鼠和加重VDN诱导的大鼠肠道粘膜屏障的损害

综上，本研究发现聚苯乙烯微塑料暴露可加重血管钙化，扰乱肠道菌群，诱导炎症，并损害肠道屏障。该研究为聚苯乙烯微塑料诱发心血管疾病的风险评估提供了理论依据。

本研究由颜建龙博士等人完成，深圳市人民医院董少红、尹达、孙鑫为该文章的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、深圳市重点学科建设项目、“三名工程”项目、深圳人民医院中青年研究人才培养项目、深圳市科技规划项目、广东医学科学研究项目、深圳市人民医院临床研究和培养项目等系列资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969723058424