Co-exposure to polystyrene nanoplastics and glyphosate promotes intestinal apoptosis in mice via intestinal barrier impairment and immunoinflammatory dysregulation.
Environ Pollut · 2025 · 386:127206 · PMID 41047062 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 포유동물
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폴리스티렌 나노플라스틱(PSNPs, 1-1000 nm) 및 글리포세이트와 같은 환경 오염물질은 심각한 환경적 및 공중 보건 위험을 제기한다. 본 연구는 PSNPs 및/또는 글리포세이트에 의해 유도되는 장내 독성과 분자 메커니즘을 조사하는 것을 목표로 하였다. 생쥐를 35일 동안 위 내 투여(PSNPs: 0.5 mg/d; 글리포세이트: 50 mg/kg-체중/일; PSNPs + 글리포세이트: 0.5 mg/d + 50 mg/kg-체중/일)로 PSNPs, 글리포세이트 또는 두 물질의 조합에 노출시켰다. 대조군은 같은 양의 증류수에 처리하였다. 연구 결과, PSNPs 및/또는 글리포세이트에 대한 노출은 염증 세포 침윤, 심각한 미토콘드리아 크리스테 구조 파괴, 그리고 장 내 고립세포 감소(약 50%)를 포함하여 병리학적 변화를 악화시켰다. 더욱이, PSNPs 및/또는 글리포세이트에 대한 노출은 장내 FOXP3의 심각한 75% 억제와 치밀 결합(tight junction)의 이완을 유발하였다 (Occludin 50% 감소, ZO-1 20%-50% 감소로 반영). 이러한 변화는 유익한 장내미생물총, 대사 프로파일, 담즙산 대사 장애 및 담즙산 수용체 신호 전달과 관련된 대사 산물인 3-$\beta$-데옥시콜산의 현저한 증가를 동반하였다. 글리포세이트 노출이 가장 유의하게 염증성 인자 TNF-$\alpha$와 아<0xED><0x8F><0xBD>토시스 관련 단백질 Cleave-caspase-3의 상향 조절을 유발했지만, 공동 노출은 동물 조직 실험에서 세포 아<0xED><0x8F><0xBD>토시스를 악화시키지 않았으며, 이는 세포 기반 연구 결과와 대조적이었다. MODE-K(생쥐 장 상피) 세포를 PSNPs (0.75 mg/mL) 또는 글리포세이트 (0.5 mg/mL)로 처리하였다. 시험관 내 실험에서는 PSNPs가 Treg/Th17 면역-염증 균형을 악화시키고, 장 장벽 기능을 손상시켰으며 (ZO-1 및 Occludin 50% 감소), 글리포세이트에 의해 유발된 세포 아<0xED><0x8F><0xBD>토시스를 증가시키는 것으로 나타났다. 본 연구는 내분비계 교란 화학물질 혼합물이 제기하는 건강 위험에 대한 이해를 높이고, PSNP-글리포세이트 유도 장내 독성의 분자 메커니즘에 중요한 통찰을 제공한다. 이러한 발견은 환경 오염 물질의 병태생리학적 영향을 완화하기 위한 향후 연구의 토대를 마련한다.ORIGINAL ABSTRACT
Environmental contaminants such as polystyrene nanoplastics (PSNPs, 1-1000 nm) and glyphosate pose significant environmental and public health risks. This study aimed to investigate the intestinal toxicity and molecular mechanisms induced by PSNPs and/or glyphosate. Mice were exposed to PSNPs (<100 nm), glyphosate, or a combination of both for 35 days via intragastric administration (PSNPs: 0.5 mg/d; glyphosate: 50 mg/kg-bw/day; PSNPs + glyphosate: 0.5 mg/d +50 mg/kg-bw/day). The control group received same volume of distilled water. Our findings revealed that exposure to PSNPs and/or glyphosate aggravated pathological alterations, including inflammatory cell infiltration, severe mitochondrial cristae fracture, and an approximately 50 % reduction in goblet cells in the intestine. Moreover, exposure to PSNPs and/or glyphosate caused a critical 75 % inhibition of FOXP3 and dissociation of tight junctions in the intestine (reflected by a 50 % decrease in Occludin, and a 20 %-50 % decrease in ZO-1). These changes were accompanied by significant alterations in beneficial gut microbiota, metabolic profiles, bile acid metabolism disorders, and a pronounced elevation in 3-β-deoxycholic acid, a metabolite tied to bile acid receptor signaling and barrier dysfunction. Although exposure to glyphosate led to the most significant upregulation of the pro-inflammatory factors TNF-α and the pro-apoptosis proteins Cleave-caspase-3, co-exposure did not exacerbate cell apoptosis in animal tissue experiments, which is contrasts with the cell-based findings. MODE-K (mouse intestinal epithelial) cells were treated with PSNPs (0.75 mg/mL) or glyphosate (0.5 mg/mL). In vitro experiments showed that PSNPs aggravated the disrupted Treg/Th17 immune-inflammatory balance, impaired intestinal barrier function (with a 50 % reduction in ZO-1 and Occludin), and increased cell apoptosis, caused by glyphosate. This study advances our understanding of the health risks posed by endocrine-disrupting chemical mixtures and provides critical insights into the molecular mechanisms of PSNP-glyphosate-induced intestinal toxicity. These findings lay the groundwork for future research aimed at mitigating the pathophysiological impacts of environmental pollutants.| 저자 | Wu, B.; Liu, H.; Dong, R.; Xu, H.; Qi, J.; Liang, H.; Guo, C.; Zeng, H.; Zhao, J.; Song, H.; Yang, Y.; Wang, W. |
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| 저널 | Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) |
| 권·호·쪽 | 386, 127206 |
| PMID | 41047062 |
| DOI | 10.1016/j.envpol.2025.127206 |
| MeSH | Animals; Glyphosate; Glycine; Apoptosis; Mice; Intestinal Barrier Function; Polystyrenes; Male; Intestines; Microplastics; Herbicides; Inflammation; Environmental Pollutants; Nanoparticles |