DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00517-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40659623
تاريخ النشر: 2025-07-14
المؤلف: Zhanhang Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في سمية جزيئات الميكروبلاستيك من البوليسترين (PS-MPs) على الأمعاء والغدد الثديية خلال فترة الرضاعة في الفئران، مما يبرز دورها كملوثات بيئية كبيرة تهدد سلامة الغذاء والصحة العامة. وجدت الدراسة أن جزيئات PS-MPs، التي يبلغ حجمها حوالي 1 ميكرومتر، يمكن أن تعطل الحاجز المعوي، مما يؤدي إلى التهاب القولون واضطراب في ميكروبيوم الأمعاء. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت هذه الميكروبلاستيك أنها تتراكم في الأنسجة الثديية، مما يسبب ضررًا التهابيًا واضطرابات في استقلاب الدهون، بالإضافة إلى الفيروبتوز، كما أشار تحليل النسخ الجيني.
علاوة على ذلك، أكدت تجارب زراعة الميكروبات البرازية (FMT) أن جزيئات PS-MPs تساهم في تسرب حاجز الدم-الحليب والالتهاب في الغدة الثديية، مما يوضح العلاقة بين التهاب الأمعاء والغدة الثديية من خلال محور الأمعاء-الثدي. تؤكد هذه الدراسة على إمكانية تأثير جزيئات PS-MPs على الأعضاء بخلاف الأمعاء وتبرز التأثير الحاسم لميكروبيوم الأمعاء في التوسط في هذه التأثيرات. توفر النتائج أساسًا للتحقيقات المستقبلية في المخاطر المرتبطة بالميكروبلاستيك في الغذاء.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في سؤال البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، يتضمن تحليلات إحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب مختبرية خاضعة للرقابة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة تأثيراتها على النتائج المعنية.
شمل جمع البيانات استخدام أدوات وبروتوكولات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية. تم إجراء التحليل باستخدام برامج إحصائية مناسبة، مع تطبيق اختبارات مثل ANOVA وتحليل الانحدار لتحديد الفروق والعلاقات المهمة بين المتغيرات. يبرز القسم صرامة الطرق لدعم مصداقية النتائج المقدمة في الدراسة.
النتائج
كشفت نتائج الدراسة حول جزيئات الميكروبلاستيك من البوليسترين (PS-MPs) أن كل من جزيئات PS-MPs العادية والفلووريسنت أظهرت أشكالًا كروية بأقطار 1.15 ± 0.037 ميكرومتر و1.02 ± 0.041 ميكرومتر، على التوالي. أكدت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف رامان أنه لم تكن هناك اختلافات تركيبية بين النوعين من جزيئات PS-MPs، كما يتضح من القمم الطيفية المماثلة التي تتوافق مع أوضاع الاهتزاز المختلفة لحلقة البنزين. تراوحت قيم الجهد الزتاوي من -47.9 مللي فولت إلى -25.2 مللي فولت، مما يشير إلى أن جزيئات PS-MPs كانت مستقرة في الوسط ولها ميل للتجمع.
بعد التعرض، تم الكشف عن إشارات فلووريسنت ضعيفة من جزيئات PS-MPs في عدة أنسجة، بما في ذلك الطحال، القولون، الكلى، الغدة الثديية، الكبد، والرئة؛ ومع ذلك، لم تكن هناك فروق كبيرة في وزن الجسم مقارنة بمجموعة التحكم. أشارت طيف رامان الكمي إلى أن جزيئات PS-MPs لم تظهر غنى ملحوظًا في القلب، الطحال، الكلى، أو الرئة، لكنها أظهرت معدلات تراكم عالية في القولون، الكبد، والبراز. وهذا يشير إلى أن الأمعاء والكبد، كأعضاء رئيسية في الأيض، هي المواقع الرئيسية لتراكم جزيئات PS-MP، بينما يتم إخراج غالبية جزيئات PS-MPs عبر القناة المعوية، مما يشير إلى انتقال محدود إلى أعضاء أخرى.
المناقشة
تشير نتائج البحث إلى أن جزيئات الميكروبلاستيك من البوليسترين (PS-MPs) تحفز بشكل كبير التهاب القولون وتعطل الحاجز المعوي في الفئران. أدت الجرعات العالية من جزيئات PS-MPs إلى تقصير ملحوظ في طول القولون، وزيادة في التسلل الالتهابي، وانخفاض في عدد خلايا الكأس. كشفت المجهر الإلكتروني الناقل عن تلف في الوصلات الضيقة وزغابات الأمعاء، بينما أظهرت تحليلات Western blot زيادة في تنظيم البروتينات المؤيدة للالتهاب مثل TLR4 وMyD88 وphospho-NF-κB، مما يشير إلى أن جزيئات PS-MPs تنشط مسار الإشارة TLR4-NF-κB للتوسط في التهاب الأمعاء. بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسة تغييرات في تركيب ميكروبيوم الأمعاء، مع انخفاض في البكتيريا المفيدة مثل Akkermansia وFaecalibaculum، والتي تعتبر ضرورية للحفاظ على صحة الأمعاء والتوازن الأيضي.
علاوة على ذلك، امتد تأثير جزيئات PS-MPs إلى ما وراء الأمعاء، مؤثرًا على صحة الغدة الثديية. تم تأكيد وجود جزيئات PS-MPs في الأنسجة الثديية، وتمت ملاحظة تسلل كبير للخلايا البيضاء وزيادة مستويات المؤشرات الالتهابية في مجموعات الجرعة العالية. أشار التحليل النسخي إلى أن جزيئات PS-MPs حفزت مسارات الفيروبتوز والالتهام الذاتي في الأنسجة الثديية، إلى جانب تغييرات في استقلاب الدهون ووظيفة الميتوكوندريا. تؤكد النتائج على المخاطر الصحية المحتملة المرتبطة بالتعرض للميكروبلاستيك، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث في تأثيرات أنواع مختلفة من الميكروبلاستيك على صحة الإنسان والبيئة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00517-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40659623
Publication Date: 2025-07-14
Author(s): Zhanhang Wang et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This research investigates the toxicity of polystyrene microplastics (PS-MPs) on the gut and mammary glands during lactation in mice, highlighting their role as significant environmental pollutants that threaten food safety and public health. The study found that PS-MPs, approximately 1 μm in size, can disrupt the intestinal barrier, leading to colonic inflammation and dysbiosis of the gut microbiota. Additionally, these microplastics were shown to accumulate in mammary tissue, causing inflammatory damage and lipid metabolism disorders, as well as ferroptosis, as indicated by transcriptome analysis.
Furthermore, fecal microbial transplant (FMT) experiments confirmed that PS-MPs contribute to the leakage of the blood-milk barrier and inflammation in the mammary gland, illustrating the connection between gut and mammary inflammation through the gut-mammary axis. This research underscores the potential for PS-MPs to affect organs beyond the intestine and emphasizes the critical influence of the intestinal microbiota in mediating these effects. The findings provide a foundation for future investigations into the foodborne risks associated with microplastics.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research question. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled laboratory experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments and protocols to ensure reliability and validity. The analysis was conducted using appropriate statistical software, with tests such as ANOVA and regression analysis applied to determine significant differences and relationships among the variables. The section emphasizes the rigor of the methods to support the credibility of the findings presented in the study.
Results
The results of the study on polystyrene microplastics (PS-MPs) revealed that both normal and fluorescent PS-MPs exhibited spherical shapes with diameters of 1.15 ± 0.037 μm and 1.02 ± 0.041 μm, respectively. Scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy confirmed that there were no compositional differences between the two types of PS-MPs, as indicated by similar spectral peaks corresponding to various vibrational modes of the benzene ring. The zeta potential values ranged from -47.9 mV to -25.2 mV, suggesting that the PS-MPs were stable in the medium and had a tendency to aggregate.
Following exposure, weak fluorescent signals from PS-MPs were detected in several tissues, including the spleen, colon, kidney, mammary gland, liver, and lung; however, there were no significant differences in body weight compared to the control group. Quantitative Raman spectroscopy indicated that PS-MPs did not show remarkable enrichment in the heart, spleen, kidney, or lung, but exhibited high accumulation rates in the colon, liver, and feces. This suggests that the gut and liver, as key metabolic organs, are primary sites for PS-MP accumulation, while the majority of PS-MPs are excreted through the intestinal tract, indicating limited transfer to other organs.
Discussion
The research findings indicate that polystyrene microplastics (PS-MPs) significantly induce colonic inflammation and disrupt the intestinal barrier in mice. High doses of PS-MPs resulted in a marked shortening of colonic length, increased inflammatory infiltration, and a decrease in goblet cell numbers. Transmission electron microscopy revealed damage to tight junctions and gut villi, while Western blot analyses showed upregulation of pro-inflammatory proteins such as TLR4, MyD88, and phospho-NF-κB, suggesting that PS-MPs activate the TLR4-NF-κB signaling pathway to mediate gut inflammation. Additionally, the study found alterations in gut microbiota composition, with a reduction in beneficial bacteria like Akkermansia and Faecalibaculum, which are crucial for maintaining intestinal health and metabolic homeostasis.
Moreover, the impact of PS-MPs extended beyond the gut, affecting mammary gland health. The presence of PS-MPs in mammary tissues was confirmed, and significant leukocyte infiltration and elevated levels of inflammatory markers were observed in high-dose groups. Transcriptomic analysis indicated that PS-MPs triggered ferroptosis and autophagy pathways in mammary tissues, alongside alterations in lipid metabolism and mitochondrial function. The findings underscore the potential health risks associated with microplastic exposure, highlighting the need for further research into the effects of various types of microplastics on human health and the environment.