单壁碳纳米管口服暴露引起肠道菌群组成改变增加肠道炎症发生风险

肠道菌群位于肠道粘膜免疫系统的外粘膜层,容易受到外界环境的影响。肠道菌群与宿主之间存在着互利共生的关系,其稳态平衡对于维持宿主的健康发挥着重要的作用。流行病学研究发现,环境中的颗粒物会诱发和加速人体胃肠道疾病的发生和发展,是诱导胃肠道炎症反应的一个重要的因素。暴露于空气中的颗粒物会提高盲肠炎,肠胃炎,甚至结肠癌的患病概率,同时也会延长IBD 病人的住院时间。但是,目前对纳米材料进入胃肠道系统所引起的胃肠道的生物效应尚不清楚。

单壁碳纳米管(SWCNTs)具有独特的孔状结构,其表面能够方便的进行功能化修饰,并且能够顺利的穿透细胞膜将装载的分子运输到细胞及动物体内。近年来,碳纳米管越来越多地应用在组织工程、生物成像、药物载体、疾病诊断治疗等众多生物医学方面。最近,中科院高能物理研究所纳米生物效应与安全性科学院重点实验室丰伟悦研究员团队揭示了SWCNTs口服暴露对小鼠肠道菌群平衡及肠道炎症发生的影响。他们的研究证实SWCNTs口服暴露后,SWCNTs通过与肠道微生物的作用,破坏肠道结构的完整性,引发小鼠十二指肠和结肠组织病理损伤,如肠道粘膜上皮结构破坏、微绒毛结构受损及炎症细胞浸润等,从而导致小鼠肠道粘膜免疫屏障作用受损,选择渗透性增强。通过RT-PCR 分析,SWCNTs 口服暴露后,能够显著破坏小鼠肠道菌群结构,表现为厚壁菌门/拟杆菌门比值降低,放线菌门含量降低,证实了肠道菌群在门类水平上的变化与SWCNTs 诱导小鼠肠道炎症的发生过程相关。通过16S rRNA分析SWCNTs、MWCNTs和氧化石墨烯(GO)暴露后对小鼠肠道菌群平衡和纳米材料与肠道微生物的抗菌活性的相关性,表明SWCNTs口服暴露后诱导小鼠肠道菌群失衡与SWCNTs潜在的抗菌活性有关。研究纳米材料与胃肠道系统,特别是与具有重要生理功能的肠道微生物的作用,对纳米材料的安全性应用具有重要的意义。

这一研究结果已于近期发表于Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.201701313)上 ,第一作者为陈汉清博士。

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