肠肝轴和脂质代谢在纳米二氧化钛经口暴露所致肝脏毒性中的作用

【作者】 陈章健； 贾光；

【机构】 北京大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系；

【摘要】 目的纳米二氧化钛（TiO₂）常作为增白剂添加到多种食品中,在消费者中已产生了广泛的低剂量长期经口暴露,识别其人体暴露后的潜在毒性效应具有重要意义。既往研究认为肝脏可能是纳米TiO₂经口暴露后毒作用的靶器官,同时由于纳米TiO₂具有良好的抗菌性而容易对肠道菌群稳态造成破坏,因此通过肠肝轴诱导肝脏毒性可能是纳米TiO₂经口毒性的关键通路,但目前尚缺乏相关深入研究。本研究旨在探讨纳米TiO₂经口暴露所致肝脏毒性及肠肝轴和脂质代谢在其中发挥的关键作用。材料和方法首先对纳米TiO₂的理化性质进行详细表征,包括形状、晶型和尺寸等。然后利用动物实验,在与人群暴露相似的低剂量长期经口暴露模式下,对24只3周龄雄性清洁级SD大鼠适应性喂养一周后,随机分为4组,每天灌胃给予0、2、10、50 mg·kg^-1bw（体重）纳米TiO₂。重复染毒90天后进行肝脏毒性评价,包括肝脏组织病理和肝脏损伤相关血生化指标检测。同时,利用16S rDNA测序技术对肠道菌群的组成和结构进行分析。通过高效液相-质谱（HPLC-MS）平台进行肠肝轴主要组织器官包括粪便、血清和肝脏组织的非靶向代谢组学检测,并利用生物信息学分析其中的内在联系。结果 （1）纳米TiO₂晶型为锐钛矿,近球形,平均粒径为29±9 nm。（2）纳米TiO₂经口染毒后在消化道的吸收率很低,并未发现在大鼠肝脏内蓄积但可以导致大鼠肝脏毒性,主要表现为肝细胞脂肪变性,血清中总胆红素（TBIL）、谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）下降。（3）同时纳米TiO₂经口暴露后可以导致大鼠肠道菌群结构改变,16S rDNA测序结果发现纳米TiO₂染毒组大鼠肠道菌群的α和β多样性呈剂量依赖性增加。相比对照组,纳米TiO₂染毒组(10 mg·kg^-1bw)大鼠罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus_reuteri）丰度增加,罗姆布茨菌（Romboutsia）丰度下降。（4）纳米TiO₂经口染毒90天可以导致大鼠肠肝轴代谢改变。粪便、血清和肝脏代谢组学结果一致发现,纳米TiO₂(50 mg·kg^-1bw)可以导致大鼠肠肝轴中磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholines,PCs）的含量改变并影响甘油磷脂代谢通路。（5）同时,肝脏和血清中脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量显著增加,且与代谢组学中发现的大部分差异代谢物显著正相关。血清中肠道菌群产物脂多糖（LPS）的含量也显著增加。结论纳米TiO₂低剂量长期经口摄入可以诱导大鼠肝脏毒性和肠道菌群紊乱。肠肝轴在纳米TiO₂所致大鼠肝脏毒性中发挥关键作用。脂质过氧化所致的脂质代谢紊乱可能是纳米TiO₂通过肠肝轴诱导大鼠肝脏毒性的重要机制之一。更多还原