微塑料與炎癥性腸病的相關(guān)性

張帥 冷雪芹

長期以來，塑料被認為是一種惰性物質(zhì)，在攝入人體后會通過胃腸道并經(jīng)過膽道排泄。然而，塑料被分解為微塑料顆粒后廣泛存在于環(huán)境以及飲用水和食物中，它們對環(huán)境和人類健康的影響引起了人們的擔憂。隨著海產(chǎn)品的食用，人體攝入這些微塑料顆粒的機會大大增加。有報道微塑料被攝入體內(nèi)后可導致腸道上皮損傷及菌群失調(diào)，最終可能會導致腸道炎癥性病變[1]。最新的一項研究表明，炎癥性腸?。↖BD）患者糞便中的微塑料含量顯著高于對照組[2]，這或許為微塑料與IBD 發(fā)生發(fā)展相關(guān)提供了新的證據(jù)。因此，本研究為明確微塑料與IBD 的關(guān)系，收集現(xiàn)有文獻數(shù)據(jù)進行如下綜述。

1 微塑料簡介

70 年代早期，科學家第一次在大西洋中發(fā)現(xiàn)了一些微小的塑料碎片。從此，微塑料的存在被越來越多的研究證實[3]。2004 年，Thompson 首次使用“微塑料”這個概念描述環(huán)境中的微小塑料顆粒。2008 年第一屆國際微塑料研討會將微塑料定義為直徑小于5mm 的塑料碎片[4]。后續(xù)的研究使人類進一步認識到亞洲地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和人類健康已經(jīng)受到了海洋中微塑料的嚴重影響[5]。一項2015年的研究完成了世界上第一份關(guān)于非生物海產(chǎn)品中微塑料污染的報告。這項研究測量了中國的海鹽、湖鹽和巖鹽/井鹽中的微塑料污染情況，結(jié)果表明海鹽已經(jīng)受到了微塑料的污染[6]。海產(chǎn)品是人類食物的主要來源之一，微塑料經(jīng)此可以通過食物鏈從海產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到人體內(nèi)[7]，這增加了人類的潛在健康風險。

此外，塑料制品在生活中的廣泛應(yīng)用導致其降解后的微塑料污染已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域。研究人員對上海郊區(qū)的20 個菜田的土壤進行檢驗，發(fā)現(xiàn)土壤樣品中也均檢出微塑料的存在[8]。另一項研究首次在可食用的水果和蔬菜中檢測到微塑料的存在[9]。甚至有報道海產(chǎn)品[10]、啤酒、牛奶、蜂蜜[11，12]、食鹽[13]、瓶裝礦泉水[14]、茶葉[15]中均被檢出微塑料的存在。Cox 等[16]報道每人每年大約攝入39 000～52 000 個微塑料顆粒，按照重量計算，每人每周大約吃掉5g 微塑料，相當于一張銀行卡的重量。目前已有相關(guān)研究在人類糞便中發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在，數(shù)據(jù)顯示成年人每10g 糞便中平均可檢測到20 個微塑料顆粒[17]。這些微塑料顆粒進入腸道內(nèi)若不能很好地被代謝和排出，將不可避免地對腸道產(chǎn)生損害作用。

2 微塑料對腸道的危害

腸道的主要功能包括消化、營養(yǎng)吸收和新陳代謝，以及免疫和防御。腸道上皮對于吸收營養(yǎng)和保護機體免受有害外源性因素的侵害至關(guān)重要[18]。腸道在人體組織中含有數(shù)量最多的免疫細胞，因此在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。同時腸道內(nèi)的微生物群可以幫助機體在新陳代謝和免疫方面發(fā)揮重要作用，以上這些共同組成了一個復雜而動態(tài)的系統(tǒng)來維持腸道功能的正常運轉(zhuǎn)[19]。

通過對魚類的研究發(fā)現(xiàn)微塑料會造成并加重腸道炎癥病變[20]。一項對照實驗中發(fā)現(xiàn)，喂食幼年潮間帶魚類含有微塑料的飼料45d 后，魚群隨著飼料中微塑料劑量的增加而使腸道病變種類增加，且隨著喂食含有微塑料飼料的天數(shù)增加，魚群腸道組織學病變的嚴重程度也在增加[21]。鏡下可見腸道吸收區(qū)域存在絨毛細胞和隱窩細胞的物理改變，這與另一項關(guān)于斑馬魚的研究結(jié)論一致[22]。這種改變可能與吸收過程中發(fā)生的摩擦有關(guān)，這些損傷對于腸道組織的完整性有顯著的影響。

此外，另一項研究揭示了微塑料暴露引起蚯蚓腸道毒性的分子機制，這種損傷機制表現(xiàn)在以下三個方面：①微塑料造成了腸上皮細胞的明顯損傷和腸緊密連接相關(guān)蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄水平的顯著降低；②腸道細菌脂多糖水平和腸道細菌負荷水平也顯著增加，表明了腸道細菌易位和相關(guān)屏障損傷的發(fā)生；③腸道的抗菌免疫反應(yīng)被激活，同時伴隨著抗氧化防御系統(tǒng)的失敗，表明腸道可能發(fā)生病原體入侵[23]。

在哺乳動物中，關(guān)于微塑料對小鼠腸道功能影響的研究也在進行之中。在小鼠實驗中觀察到了與魚類同樣的鏡下腸道表現(xiàn)：腸道絨毛破損、融合，杯狀細胞萎縮，數(shù)量減少，隱窩結(jié)構(gòu)不清晰，隱窩內(nèi)含有未知顆粒等[24]，因此該研究認為微塑料引發(fā)了小鼠的腸道微生物群失調(diào)、腸道屏障功能和代謝紊亂[25]。此外，一項研究也證實聚苯乙烯微塑料導致了小鼠腸道微生物群菌群失調(diào)和肝臟脂質(zhì)代謝紊亂[26]，破壞了穩(wěn)定的腸道環(huán)境，引起了免疫細胞的招募或改變了細胞因子的分泌[27]。而微塑料對于腸道菌群的改變主要表現(xiàn)為腸道中球菌類增加，擬桿菌類數(shù)量下降[28]。

除上述改變外，人們發(fā)現(xiàn)直徑＞150μm 的微塑料不會被腸道吸收進入循環(huán)，而是直接與腸道黏液層結(jié)合在一起，并直接接觸到腸道上皮的頂端部分，這可能導致更加嚴重的腸道炎癥和對腸道免疫系統(tǒng)的局部影響[29]。因此，相關(guān)專家分析了微塑料對于出現(xiàn)腸道炎癥可能的影響因素。首先，微塑料的攝入促進了腸道上皮的磨損，更具體地來說是對腸道絨毛細胞和隱窩細胞的磨損，進而造成了細胞的損失和腸道上皮的結(jié)構(gòu)損傷。其次，上皮細胞的損傷進一步引發(fā)了免疫反應(yīng)，導致腸道血管中的灌注量增加，從而使白細胞進入受損組織[21]。此外，微塑料在腸道內(nèi)還誘導了腸道微生物群生態(tài)失調(diào)和特定菌群的改變[30]。

在微塑料對人類腸道影響方面，F(xiàn)ackelmann等[31]分析了微塑料誘導的腸道菌群生態(tài)失調(diào)與宿主腸道健康之間的聯(lián)系，并提出微塑料可能會影響腸道微生物組。一項體外模擬人類腸道實驗首次證實微塑料會改變?nèi)祟惸c道細菌的多樣性，并導致其他負面影響，包括腸道代謝特征和腸道炎癥的變化[32]，進一步證明了微塑料的攝入會通過多種機制尤其是改變腸道菌群的生態(tài)環(huán)境而引起人類腸道炎癥病變[33]。

3 IBD 與微塑料

近期的一項研究為南京大學的研究團隊通過調(diào)查來自中國11 個省市參與者的糞便樣本首次發(fā)現(xiàn)體內(nèi)微塑料含量的升高可能與IBD 直接相關(guān)，研究人員通過分析IBD 患者和健康人群糞便中的微塑料碎片特征，發(fā)現(xiàn)IBD 患者的糞便微塑料濃度（41.8 個/g dm）明顯高于健康人群（28.0 個/g dm），且糞便中的微塑料濃度與IBD 嚴重程度呈正相關(guān)。此外，患者體內(nèi)的微塑料含量越高，疾病相關(guān)的腹瀉、直腸出血和腹部絞痛癥狀就越明顯[2]，證明IBD患者腸道內(nèi)有更多微塑料的存在。

目前IBD 的病因尚不完全清楚，多數(shù)學者認為IBD 發(fā)病的特征是腸道穩(wěn)態(tài)失調(diào)，由上皮屏障缺陷、免疫反應(yīng)激活和腸道微生物群生態(tài)失調(diào)共同引發(fā)[34，35]。腸道菌群是一個與宿主共同進化的群落，幫助宿主代謝營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[36，37]。同時也可以幫助構(gòu)成腸道防御機制，共同抵御外來物質(zhì)的入侵[38]。所以，若腸道細菌和宿主之間正常的穩(wěn)態(tài)關(guān)系被破壞，可出現(xiàn)腸道炎癥[39～42]，而微塑料被證明可影響腸道菌群組成及導致腸道上皮損傷，引起腸道炎癥反應(yīng)[1，21，25，26，33，43]。以上研究表明微塑料引起的化學和物理損傷均可改變患者的腸道環(huán)境，導致IBD 的產(chǎn)生和進一步發(fā)展。

4 總結(jié)與展望

塑料制品因其方便、便宜、制作工藝簡單、容易獲取等優(yōu)點，目前用量巨大，且在自然環(huán)境中難以降解，使其在環(huán)境中的累積量日益增多，對生態(tài)系統(tǒng)及人類健康都會產(chǎn)生威脅。綜上，微塑料通過多種作用機制導致了腸道的炎癥反應(yīng)，其可能與IBD的發(fā)生發(fā)展直接相關(guān)，但尚缺乏更多的直接證據(jù)，未來仍需系統(tǒng)的研究。此外，微塑料的相關(guān)研究可能對于IBD 病因及發(fā)病機制的研究有重大意義，需要多學科的合作研究。同時，在我們的臨床應(yīng)用中，在指導IBD 患者生活方式時或可更多地考慮到塑料制品對于病情的影響。