雙酚A(雙(二苯基磷酸酯))通過破壞微生物群平衡干擾色氨酸代謝,從而促進(jìn)腸道毒性
《Environmental Research》:Bisphenol A bis (diphenyl phosphate) Disrupted Tryptophan Metabolism Through Microbiota Dysbiosis to Promote Intestinal Toxicity
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時(shí)間:2026年02月28日
來源:Environmental Research 7.7
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本研究通過斑馬魚模型探究新型有機(jī)磷阻燃劑BDP的腸道毒性機(jī)制。實(shí)驗(yàn)顯示BDP暴露導(dǎo)致腸道粘液分泌和緊密連接蛋白基因下調(diào),結(jié)合代謝組學(xué)與宏基因組學(xué)分析表明,BDP通過破壞腸道菌群中色氨酸代謝相關(guān)菌群(如Peptostreptococcus、Clostridium等),抑制AhR信號(hào)通路,最終引發(fā)腸道病理損傷。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)補(bǔ)充色氨酸代謝物可緩解毒性,揭示了BDP通過菌群-代謝軸干擾AhR-IL-22通路致腸道損傷的新機(jī)制。
楊柳|葉永秀|張琪|鐘文玨|朱凌雁
教育部污染過程與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境修復(fù)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國天津300350
摘要
有機(jī)磷阻燃劑(OPFRs)與腸道損傷有關(guān)。雙酚A雙(二苯基磷酸酯)(BDP)是一種廣泛存在于生物體和人體中的新興OPFR,可能誘導(dǎo)腸道毒性,但其作用機(jī)制尚不清楚。在本研究中,斑馬魚分別暴露于2、20和200 μg/L的BDP環(huán)境中21天。觀察到斑馬魚腸道出現(xiàn)明顯的組織病理學(xué)變化,黏液分泌和緊密連接相關(guān)基因(MUC-2、Occuludin a和ZO-1)的表達(dá)均下調(diào)。通過結(jié)合代謝組學(xué)和宏基因組學(xué)的綜合分析,結(jié)果表明BDP暴露降低了斑馬魚腸道中Peptostreptococcus、Clostridium、Bombilactobacillus和Sporolactobacillus的豐度,從而抑制了色氨酸代謝,最終減少了色氨酸代謝產(chǎn)物的含量。結(jié)果,色氨酸代謝產(chǎn)物激活的重要受體AhR的表達(dá)受到抑制,導(dǎo)致IL-22表達(dá)下調(diào),進(jìn)而加劇了腸道毒性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中補(bǔ)充吲哚-3-丙酸緩解了病理變化,進(jìn)一步證實(shí)BDP破壞了微生物群-色氨酸代謝的平衡,干擾了AhR-IL-22軸,最終促進(jìn)了腸道毒性。本研究強(qiáng)調(diào)了腸道對(duì)BDP的敏感性,并首次揭示了BDP威脅腸道健康的作用機(jī)制。
引言
阻燃劑是一類物理添加到各種產(chǎn)品(如家具、電子產(chǎn)品、紡織品、塑料和嬰兒用品)中的化合物,通過抑制火焰的發(fā)生和/或傳播來防止火災(zāi)(Wang等人,2020年)。由于溴化阻燃劑(BFRs)在2009年被《斯德哥爾摩公約》列為持久性有機(jī)污染物,大多數(shù)國家正在逐步淘汰它們(Blum等人,2019年)。因此,有機(jī)磷阻燃劑(OPFRs)被廣泛用作BFRs的替代品。到2022年,全球OPFR年產(chǎn)量達(dá)到598,422公噸(Huang等人,2022年)。大規(guī)模的生產(chǎn)和使用不可避免地導(dǎo)致OPFRs在環(huán)境介質(zhì)(包括水、沉積物、土壤、空氣和灰塵)中廣泛存在(Castro-Jiménez等人,2016年;Li等人,2021b年;Tian等人,2023年;Zhu等人,2023年),由于其生物累積性,這些物質(zhì)最終會(huì)在生物體內(nèi)積累并進(jìn)入人體(Bekele等人,2019年;Li等人,2020年)。毒理學(xué)研究表明OPFRs具有生殖毒性、發(fā)育毒性、神經(jīng)毒性和心臟毒性(Hogberg等人,2021年;Hong等人,2024年;Jiang等人,2024年;Li等人,2024b年),引發(fā)了對(duì)其生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。
雙酚A雙(二苯基磷酸酯)(BDP)是一種新興的寡聚OPFR,常用于電子產(chǎn)品、樹脂和塑料中,并已在多種環(huán)境樣本中被檢測(cè)到(Brandsma等人,2013年)。例如,在西班牙、澳大利亞、加拿大和中國的室內(nèi)灰塵中發(fā)現(xiàn)了BDP,最高濃度達(dá)到1300 μg/g(Bj?rnsdotter等人,2018年;Brandsma等人,2013年;Huang等人,2020年;Kubwabo等人,2021年;Tan等人,2018年)。在中國受污染的城市河流表面沉積物中,BDP的檢出率為100%,最高濃度為1106 ng/g dw(Liu等人,2024b年)。在中國太湖的水體中,BDP的濃度為<0.002–0.21 ng/L(Zhao等人,2019年)。在中國海河流域的地表水中,BDP的濃度范圍為ND?21.8(平均值:6.03)ng/L(Zhong等人,2021年)。在珠江三角洲的地表水中,BDP的濃度平均為0.96 ng/L(Qi等人,2025年)。BDP還在空氣顆粒物和污泥中被檢測(cè)到(Li等人,2021a年;Liang等人,2018年)。此外,在香港兒童的尿液中也檢測(cè)到了BDP,最高濃度為283 ng/L(Li等人,2021a年),同時(shí)也在人體的全血和血清中發(fā)現(xiàn)(Hou等人,2020年;Luo等人,2023年)。Chen等人(2025年)發(fā)現(xiàn),實(shí)際暴露濃度的BDP會(huì)抑制PPARγ并激活血小板,破壞止血穩(wěn)態(tài)。父母暴露于BDP會(huì)通過干擾DNA/RNA甲基化損害斑馬魚后代的血管發(fā)育(Wang等人,2023a年)。所有這些表明BDP可能對(duì)生物體具有不可忽視的毒性。
腸道是化學(xué)物質(zhì)吸收的關(guān)鍵部位,因此容易受到外源性暴露的影響(Bildstein等人,2024年)。Zhou等人(2023年)報(bào)告稱聚苯乙烯微塑料會(huì)誘導(dǎo)斑馬魚腸道的氧化損傷并減少杯狀細(xì)胞的數(shù)量。三(1,3-二氯異丙基)磷酸酯是一種常見的阻燃劑,會(huì)導(dǎo)致斑馬魚腸道的顯著組織學(xué)改變和上皮屏障完整性受損(Sun等人,2023年)。傳統(tǒng)的BFR多溴聯(lián)苯醚也被報(bào)道會(huì)損害斑馬魚的腸道結(jié)構(gòu)和屏障功能(Wang等人,2023b年),鑒于BDP是BFR的替代品,這表明BDP暴露也可能對(duì)斑馬魚產(chǎn)生腸道毒性。
內(nèi)源性代謝紊亂在腸道疾病中起著重要作用。已有研究表明,代謝紊亂會(huì)導(dǎo)致多種腸道疾病(Ming等人,2025年;van Rijn等人,2018年;Xiang等人,2021年)。環(huán)境暴露可能會(huì)破壞內(nèi)源性代謝,從而引發(fā)腸道毒性。例如,鋅暴露會(huì)干擾碳水化合物和氨基酸代謝,導(dǎo)致斑馬魚腸道的更新和屏障功能受損(Yu等人,2023年)。微塑料會(huì)增加小鼠腸道中的氨基酸代謝,這歸因于結(jié)腸黏液分泌減少和結(jié)腸上皮的輕微炎癥反應(yīng)(Sun等人,2021年)。急性巴豆素暴露會(huì)影響小鼠腸道中的氨基酸代謝,代謝紊亂會(huì)導(dǎo)致絨毛和隱窩的損傷以及黏液分泌減少,最終導(dǎo)致結(jié)腸輕微損傷(Zhang等人,2024年)。先前的研究報(bào)道,多種OPFR(如三丙基磷酸酯、三苯基磷酸酯和三丁基磷酸酯)會(huì)干擾氨基酸、能量和脂質(zhì)的代謝(Chen等人,2024年;Deng等人,2018年)。BDP與這些化學(xué)物質(zhì)具有結(jié)構(gòu)相似性,都含有磷酸基團(tuán)和酯鍵,這表明BDP可能擾亂內(nèi)源性代謝,對(duì)生物體產(chǎn)生不利影響。然而,目前尚不清楚代謝紊亂是否以及如何促成BDP引發(fā)的腸道損傷。
腸道微生物群調(diào)節(jié)生物體內(nèi)的各種代謝過程,對(duì)維持宿主健康至關(guān)重要(Mayneris-Perxachs等人,2022年)。研究表明,腸道微生物群的失調(diào)會(huì)破壞生物體的生理穩(wěn)態(tài),導(dǎo)致多種代謝紊亂(Kan等人,2015年;Tan等人,2024年)。有報(bào)道指出,烹飪油煙霧會(huì)干擾微生物群,改變色氨酸代謝(Liu等人,2024a年)。Zheng等人(2024年)發(fā)現(xiàn),常用的擬除蟲菊酯lambda-cyhalothrin增加了Prevotellacea的豐度,但減少了Lachnospiraceae的豐度,從而導(dǎo)致內(nèi)源性代謝途徑的顯著變化。我們之前的研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物群的紊亂與BDP誘導(dǎo)的斑馬魚腸道損傷密切相關(guān)(Lyu等人,2025年),但因果關(guān)系尚未確定,涉及的關(guān)鍵物種仍不清楚,相關(guān)的內(nèi)在機(jī)制也尚未探索。因此,我們假設(shè)BDP改變了參與某些代謝途徑的微生物群的豐度,從而破壞了內(nèi)源性代謝穩(wěn)態(tài),通過微生物群-代謝產(chǎn)物軸導(dǎo)致腸道損傷。
受這一假設(shè)的啟發(fā),我們旨在研究BDP對(duì)斑馬魚的腸道毒性,并探索BDP誘導(dǎo)腸道毒性的潛在機(jī)制。應(yīng)用代謝組學(xué)和宏基因組學(xué)來識(shí)別關(guān)鍵代謝過程、微生物組成和功能基因的變化,并通過綜合分析全面闡明其內(nèi)在機(jī)制。此外,還進(jìn)行了體內(nèi)救援實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證BDP相關(guān)腸道損傷的毒性作用機(jī)制。這些結(jié)果為全面理解BDP的健康風(fēng)險(xiǎn)提供了新的見解。
試劑和化學(xué)品
用于儀器分析的BDP(純度99%,CAS:5945-33-5)和三苯基磷酸-d15(TPHP-d15,純度99%,CAS:24762-44-5)從Toronto Research Chemicals(加拿大多倫多)購買。用于斑馬魚暴露的BDP工業(yè)產(chǎn)品(純度98%)和吲哚-3-丙酸(IPA,純度98%,CAS:830-96-6)從McLean Biochemical Technology Co., Ltd.(中國上海)購買。其他試劑和化學(xué)品的信息見文本S1。
BDP暴露引起的腸道損傷
2、20和200 μg/L處理組中斑馬魚腸道內(nèi)的BDP平均濃度分別為82.9、494和2.70×103 ng/g ww,表明BDP在腸道中顯著積累。所有組別斑馬魚的體長、體重以及腸道/身體比例見圖S1。20 μg/L處理組的腸道/身體指數(shù)顯著下降
結(jié)論
本研究使用斑馬魚作為動(dòng)物模型,探討了BDP誘導(dǎo)腸道毒性的作用及其內(nèi)在分子機(jī)制。結(jié)果表明,BDP通過降低參與色氨酸代謝的微生物群的豐度來減少色氨酸代謝產(chǎn)物的水平。隨后AhR受到抑制,最終導(dǎo)致IL-22表達(dá)下調(diào),從而引發(fā)腸道損傷。本研究的結(jié)果驗(yàn)證了BDP對(duì)環(huán)境的潛在威脅
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
楊柳:撰寫——初稿、可視化、方法學(xué)、研究、正式分析。張琪:資源、研究。葉永秀:方法學(xué)、研究、正式分析、數(shù)據(jù)管理。朱凌雁:撰寫——審稿與編輯、資源獲取、概念化。鐘文玨:撰寫——審稿與編輯、資源獲取
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競(jìng)爭性財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝以下機(jī)構(gòu)的財(cái)政支持:國家自然科學(xué)基金(22476100、U23A205)、NSFC(42161134001)、科學(xué)技術(shù)部(2022YFC3703200)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、南開大學(xué)、教育部的111計(jì)劃(B17025)、中國大學(xué)科學(xué)基金(編號(hào)2452021103)、天津市自然科學(xué)基金(23JCZDJC00790)以及基礎(chǔ)研究基金(63241630)。
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