分享一篇发表在PNAS上的文章，标题是“Incorporation of polylactic acid microplastics into the carbon cycle as a carbon source to remodel the endogenous metabolism of the gut”，通讯作者是来自国家纳米科学中心的陈春英院士和崔雪晶副研究员，主要研究兴趣在于纳米材料在生物体内的化学生物学效应以及纳米佐剂的开发与递送。

可生物降解的聚乳酸（polylactic acid, PLA）塑料由于环境友好性已被广泛用作解决石油基塑料污染的解决方案。然而，与石油基塑料相比，PLA塑料因其脆性更容易形成微塑料（microplastics, MPs）颗粒并被人体口服摄入，引发肠炎等问题。因此，研究PLA-MPs在肠道中降解和转化的过程至关重要。

在这项研究中，作者通过电动研磨PLA模拟自然破碎的过程制备PLA-MPs。通过对小鼠口服饲喂Cy5标记的PLA-MPs并对小鼠肠道和粪便进行成像，作者发现微塑料在结肠中停留时间超过2/3，并且肠道成分对PLA-MPs进行了有效降解。随后，作者发现模拟结肠液对PLA-MPs的降解显著高于其他胃肠道模拟液，从结肠中提取的肠道微生物群在厌氧条件下体外培养可以显著分解PLA-MPs，21天分解率达到15%。于是作者收集了培养试验中第3天、第12天和第21天PLA-MPs表面吸附的蛋白质进行了蛋白组学研究，鉴定到19种显著上调的蛋白，其中包括酯酶FrsA和L-LA脱氢酶，后续对酯酶FrsA的重组表达证明了FrsA酯酶可以分解PLA-MPs。

接下来，作者合成了13C标记的PLA-MPs对其代谢途径进行同位素示踪，揭示了PLA-MPs可以作为碳源进入肠道菌群和肠道上皮细胞的双重“碳循环”。对于微生物，13C标记的PLA-MPs经L-LA脱氢酶作用，通过乳酸、天冬氨酸等中间体转化为下游代谢物，并产生高水平的异戊酸盐和尿酸盐，肠道菌群还可以利用PLA-MPs合成D-LA；对于肠道上皮细胞，13C-PLA-MPs可以通过TCA循环中的琥珀酸途径生成氨基酸和核苷酸成分。

最后，作者通过非靶代谢组学发现，PLA-MPs最终会引发肠道内源的代谢重编程，虽然肠道菌群和上皮能够将PLA-MPs代谢成生物分子，但PLA-MPs的暴露仍然会导致肠道上皮屏障受损，并显著降低食欲和体重。

总之，作者发现聚乳酸微塑料由酯酶FrsA作用，被肠道微生物群降解，产生的片段可作为碳源进入肠道微生物和肠上皮细胞的碳循环，最终重塑肠道代谢表型。

本文作者：ZCL

责任编辑：LZ

DOI：10.1073/pnas.2417104122

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2417104122