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EST | 复旦大学董瑞华课题组发现母婴微塑料暴露对微生物菌群的影响
前言
微塑料（MPs）是指直径≤5 mm的塑料颗粒。有研究表明人类不断摄入和吸入的MPs会在肠道中积累，还可以破坏肠道上皮屏障，甚至改变肠道微生物群的丰度和多样性，可能对健康造成重大风险。然而目前对MPs的研究还主要集中在海洋生物上，MPs对哺乳动物甚至人类的毒性影响研究甚少，且没有研究探讨MPs与人类微生物区系之间的关系，特别是MPs对孕妇和婴儿微生物区系的影响。
2022年10月21日，复旦大学公共卫生学院董瑞华课题组在 Environmental Science & Technology（IF=11.357）上分别发表了题为“The Association Between Microplastics and Microbiota in Placentas and Meconium: The First Evidence in Humans ”，在母婴微塑料暴露研究领域取得重要进展，研究在胎盘和胎粪样品中分别鉴定出了不同种类的MPs，其中均以PA和PU为主。同时发现暴露于几种MPs与胎盘和胎粪中的微生物群有关。
基本信息
研究结果
1、胎盘和胎粪中的微塑料
此前研究计算统计了胎盘和胎粪中直径在20~500 μm的MPs颗粒的类型及比例（Table. 1、Fig. 2），从颗粒类型来看，所有样本均检测到了16种MPs，胎盘中检测到的MPs中位浓度（P50）为18.0个颗粒/g，胎粪中MPs中位浓度为54.1个颗粒/g，其中 PA 和 PU 均占MPs颗粒总量的78%以上（Fig. 2）。另外，从颗粒直径来看，20~50 μm的颗粒占比最高，达到了76.46%以上（Fig. 3）。
Table1 | 比较不同类型微塑料在胎盘和胎粪中的分布（颗粒/g）
Fig2 | 胎盘（A）和胎粪（B）中MPs颗粒类型的分布
Fig3 | 胎盘（A）和胎粪（B）中MPs颗粒直径的分布
2、胎盘和胎粪中微生物的群落组成
为了探究胎盘和胎粪中的微生物水平的变化，进行16S测序分析。胎盘、胎粪从门和属两个分类水平上进行群落组成分析结果显示，在门水平上，胎盘和胎粪主要的3个菌门都是变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门（Fig. 4A、5A）。属水平上，胎盘的优势菌属为Ralstonia、Muribaculaceae 、Prevotella 、Sphingomonas等；胎粪的优势菌属为Escherichia−Shigella、 Muribaculaceae、Lactobacillus、Enterococcus等（Fig. 4B、5B）。
Fig4| 胎盘微生物在门（A）和属（B）水平上的物种组成
Fig5 | 胎粪微生物在门（A）和属（B）水平上的物种组成
3、两组间肠道微生物群多样性指数和肠道微生物群组成的差异
Alpha多样性结果显示，胎粪样本的Chao1和shannon指数均高于胎盘组，但不具有统计学差异（Fig. 6）。作者采用加权UniFrac和非加权UniFrac PCoA来评估胎盘和胎粪两组的样本生物学重复和组间差异（Fig. 7），结合Anosim（加权p=0.0001，非加权p=0.0002）结果表明，胎盘、胎粪两组间具有显著差异性。同时发现两组间86个显著差异菌属。
Fig6 | 胎盘和胎粪两组间α-多样性分析（A：Chao1；B：shannon）
Fig7 | 胎盘与胎粪微生物的非加权(A)和加权(B) UniFrac PCOA分析
4、微塑料浓度与α-多样性指数的相关性
为了探究MPs浓度与α多样性指数间是否具有相关性，计算两者之间的相关系数，结果发现只有胎粪中检测到的 PS 与shannon指数成显著负相关（Table. 2）。
Table2 | 微塑料浓度与α-多样性指数的相关性研究
5、胎盘微塑料与胎盘微生物菌属的相关性
为了探究MPs与微生物菌属之间的关系，对二者进行相关性分析。结果发现，胎盘中检测到总的MPs与Prophyromonas显著正相关，其中PA与Prophyromonas显著正相关，与Prevotellaceae_UCG−001显著负相关。PE与Prevotellaceae_NK3B31_group、Ruminococcus、Sediminibacterium、Prevotellaceae_UCG−001、Neisseria和Bacteroides显著负相关。PET与Prevotellaceae_UCG−001显著正相关。PVC与Escherichia−Shigella呈负相关，与Clade_Ia呈正相关。PTFE与Escherichia−Shigella的正相关性显著。EVA与Parabacteroides呈负相关。CPE与Muribaculaceae和Helicobacter之间呈负相关（Fig. 8）。
Fig8 | 胎盘微塑料与胎盘微生物属相关性的热图
6、胎粪中微塑料与胎粪微生物群丰度的相关性关系
胎粪中检测到的总MPs与Streptococcus、Clostridia_UCG-014、Treponema和 Prevotellaceae_NK3B31_group呈正相关；其中PA与Escherichia−Shigella、Bacteroides,、Clostridia_UCG-014和Treponema呈正相关；PU与Streptococcus、Treponema和 Prevotellaceae_NK3B31_group呈正相关，总MPs、PA、PU三者均与Pelomonas呈负相关。PS与[Eubacterium]_coprostanoligenes_group和Treponema呈负相关，与Porphyromonas 和 Haemophilus呈正相关。EVA与Parabacteroides呈负相关（Fig. 9）。
Fig9 | 胎粪微塑料与胎盘微生物属相关性的热图
研究结论
本研究在胎盘和胎粪样本中均检测到了16种MPs，其中聚酰胺（PA）和聚氨酯（PU）为主要类型，20−50μm颗粒直径占比达76.46%。采用16S rRNA微生物多样性测序对胎盘胎粪中的微生物进行检测分析，发现二者之间物种组成不同且具有一定组间差异。同时探讨MPs暴露与胎盘和胎粪中的微生物菌群间的潜在关联，发现一些菌属与总MPs和PA、PU均具有强相关性。综上所述，研究发现MPs在胎盘和胎粪样本中普遍存在，表明孕妇和婴儿普遍广泛的MPs暴露，在母-婴MPs暴露领域取得重要进展，为后续研究提供数据支撑和研究思路。
复旦大学公卫学院董瑞华副研究员为文章通讯作者及第一作者，并在致谢中特别感谢上海欧易生物郑云娜、宋君为本文提供的生物信息学的分析服务。
相关名词注解：
MP: microplastics，微塑料
PA: polyamide，聚酰胺
PC: polyurethane polycarbonate，聚氨酯聚碳酸酯
PET: polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯
PP: polypropylene，聚丙烯
PE: polyethylene，聚乙烯
PS: polystyrene，聚苯乙烯
PVC: poly(vinyl chloride)，聚（氯乙烯）
PTFE: polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯
EVA: ethylene vinyl acetate copolymer，乙烯醋酸乙烯共聚物
CPE: chlorinated polyethylene，氯化聚乙烯
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.2c04706
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排版人：小久
原创声明：本文由欧易生物(OEBIOTECH)学术团队报道，本文著作权归文章作者所有。欢迎个人转发及分享，未经作者的允许禁止转载。
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