肠道菌群是自然界最为重要和最为复杂的微生物群落类型之一，解析其结构和功能的关系是国际学科前沿课题。环境因素(如污染物和药物)与肠道微生物群之间的相互作用是双向的。污染物和药物可以改变微生物组成，反过来，肠道细菌可以化学转化这些化合物。

微塑料（MPs）被生物摄食造成肠道潜在危害，从免疫调节到药物代谢，肠道微生物群在宿主生理的各个方面都发挥效应。但微塑料在肠道内的行为、靶点和效应机制仍知之甚少。微塑料因其疏水性和较大比表面积，能够吸附并协同运输持久性有机污染物，如多氯联苯（PCBs）。PCBs因为在受到法律限制之前的大量使用已导致了广泛的环境赋存状态，对生态系统和人类健康构成潜在风险。微塑料和PCBs在环境中的组合效应对生态系统构成了威胁。

课题组通过微宇宙实验，旨在探明微塑料（MPs）参杂PCB126等复杂外源性物质(如污染物和药物)的协同运移，引起的肠道微生态混沌、细菌移位、肠道屏障损伤机制，潜在的菌群重建策略等。研究结果可外推到微塑料对人体健康的影响，同时为后续破译肠道微生物群的动态和进化、构建肠道损伤风险评价体系提供依据。

研究发现，与微塑料（MPs）参杂PCB126相关的微生物群变异比仅与疾病相关的微生物群变异更明显。蚯蚓（E. fetida）能够摄取微塑料，且微塑料在土壤中对PCBs的吸附产生"稀释效应"，进而导致PCB126在E. fetida体内累积量降低9.43%。PCB126的暴露可以抑制肠道紧密连接(TJ)蛋白基因的表达，微塑料虽能部分缓解此种抑制，但无法减轻联合暴露组肠道屏障损伤和细菌移位的现象，这主要表现在肠道细菌负载(BLT)和脂多糖结合蛋白(LBP)的显著增加，两者均与抗菌防御呈明显正相关。这种现象可能由微塑料与其他有毒污染物结合引发的物理和化学效应所致，细菌反过来可以对这些化合物进行生物积累或化学修饰。此外，微塑料和PCB126的暴露，尤其是联合暴露，会导致蚯蚓肠道细菌扩散能力的降低，进一步引发肠道菌群失衡。明显改变的特征类群包括Janthinobacterium、Microbacterium和Pseudomonas等，文献调研显示，这些类群是潜在病原体，具有塑料降解潜力，并会选择性地富集在微塑料中。相关分析揭示，它们与肠道屏障功能障碍有着密切的关联。

这项研究揭示了微塑料和PCB126的联合污染如何引发蚯蚓肠道毒性的具体机制。这一发现强调了微塑料和持久性有机污染物对生态系统的潜在威胁，特别是对土壤中的“生态系统工程师”——蚯蚓的影响。这为理解和管理这些新兴污染源提供了重要的科学基础，也为土壤生态风险评估提供了新的视角。相关成果以“Gut toxicity of polystyrene microplastics and polychlorinated biphenyls to Eisenia fetida: Single and co-exposure effects with a focus on links between gut bacteria and bacterial translocation stemming from gut barrier damage”为题于2023年11月1日发表于Top期刊《Science of the Total Environment》。浙江工业大学李彤彤副教授为第一作者，吴石金教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（22006133）和浙江省自然科学基金（LQ21B070003 和 LGF22E060004）的支持。

论文信息：Tongtong Li a , Baohua Xu a , Hao Chen a , Ying Shi a , Jun Li b , Mengwei Yu a , Shaohui Xia a , Shijin Wu a. Gut toxicity of polystyrene microplastics and polychlorinated biphenyls to Eisenia fetida: Single and co-exposure effects with a focus on links between gut bacteria and bacterial translocation stemming from gut barrier damage. Science of The Total Environment, 2024, 908: 168254.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168254