月尘模拟物经消化系统暴露的毒性研究：微生物组紊乱与多器官损伤

摘要

目的：早在阿波罗11号任务中，宇航员携带月尘(lunar dust,LD)进入返回舱后出现眼部、皮肤和上呼吸道刺激症状，这引起了人们对其潜在生物毒性的关注。然而，LD通过消化系统暴露所造成的影响尚缺乏研究。本研究旨在评估月尘模拟物(lunar dust simulant,LDS)经消化系统暴露对小鼠肠道菌群、肠道、肝、肾、肺及骨骼造成的影响。方法：以8周龄C57BL/6J雌性小鼠为研究对象，使用LDS代替LD，选择陕西黄土代表地尘(Earth dust,ED)。将小鼠随机分成磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)组、ED组(500 mg/kg)和LDS组(500 mg/kg)，设置第7、14和28天3个暴露时长。每3 d灌胃1次，每次灌胃前称量小鼠体重。在干预结束后，采用16S核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)测序技术分析小鼠粪便中肠道微生物多样性和组成；采用实时反转录聚合酶链反应(real-time reverse transcription PCR,real-time RT-PCR)检测肠道、肝、肺组织中炎症因子白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α的mRNA表达水平；采用苏木精-伊红(hematoxylin and eosin,HE)染色观察小鼠肺、肝和肠道的病理改变；采用糖原过碘酸-雪夫(periodic acid-Schiff,PAS)染色评估肠道黏膜屏障完整性，免疫组织化学染色检测黏蛋白2(mucin 2,MUC2)的表达情况；采集小鼠血液检测肝肾功能；采用微计算机断层扫描(micro-computed tomography,micro-CT)检测小鼠股骨骨量，免疫组织化学染色进行骨钙素(osteocalcin,OCN)染色来检测成骨细胞数目，抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)染色检测破骨细胞数目；采用流式细胞术检测小鼠骨髓中免疫细胞的比例。结果：在暴露第10天，ED组和LDS组小鼠体重增长减缓，第22天和第28天时ED组和LDS组小鼠体重均明显低于PBS组(均P<0.05)。16S rRNA测序结果显示，在暴露第7天，LDS组小鼠粪便微生物物种丰富度和多样性均高于PBS组；与PBS组和ED组相比，LDS组小鼠粪便中脱铁杆菌门、脱硫弧菌门、弯曲菌门相对丰度升高，厚壁菌门相对丰度降低，其中盲肠螺杆菌的比例升高，约氏乳杆菌和鼠乳杆菌的比例降低。结肠HE与PAS染色结果显示LDS组黏膜结构破坏和杯状细胞减少更为严重；此外，免疫组化结果显示其MUC2表达也显著下调(P<0.05)。3组小鼠的肝脏HE染色结果均未见明显病理改变，且均无明显肝肾功能损伤。ED组和LDS组肺HE染色结果显示肺血管周围炎症细胞浸润增多。Real-time RT-PCR结果显示LDS组小鼠肺组织和肠道的炎症因子表达水平相较PBS组明显升高。Micro-CT结果显示，在暴露第28天，ED组和LDS组小鼠骨量较PBS组明显减低。免疫组织化学染色结果显示，ED组和LDS组小鼠成骨细胞减少，破骨细胞增加。流式细胞术结果显示LDS暴露第7天和第28天骨髓中巨噬细胞的比例较PBS组均明显降低(均P<0.05)。结论：LDS可引起肠道有益菌丢失和有害菌增加、肠道屏障损伤，以及肺部炎症反应、骨量丢失和骨髓免疫失衡。因此，在未来的月球任务中，应高度重视LD对健康的潜在危害；靶向补充有益菌以预防LD暴露所致的健康危害，或可成为一种具有应用前景的干预策略。

关键词

探月工程 / 月尘模拟物 / 肠道菌群 / 肠道屏障 / 骨质疏松 / 肺炎