江南大学谢云飞团队JHM｜宫颈癌症发展过程中微塑料的快速检测及其对癌组织代谢组学特征的影响

生态环境科学 · 公众号 · · 2024-12-02 09:00

正文

文章信息

第一作者： 徐洪文

通讯作者：谢云飞教授，马丁教授

通讯单位：江南大学食品学院，华中科技大学同济医学院同济医院

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136656

亮点

• 随着宫颈癌症进展，微塑料暴露水平增加。

• 微塑料影响宫颈浸润性癌症组织的代谢变化。

• 代谢产物如D-甘露糖在癌症组织代谢中显著变化。

• 氨基糖和核苷酸糖代谢途径是显著富集的。

研究进展

近年来，塑料制品的滥用和随意处置给环境带来了一系列问题，其中微塑料（MPs）引起了广泛关注。MPs会通过食物链的途径积聚在人体内，对人体构成健康风险。MPs通过引起氧化应激、细胞膜细胞器损伤、免疫反应、遗传毒性和其他毒性作用而引起细胞毒性。对生殖系统造成不良影响，引起疾病，危害人体健康。研究表明，从孕妇的胎盘组织中收集的微纳塑料（MNPs）颗粒，会损害DNA，导致氧化应激，诱导细胞凋亡，并阻止细胞分裂。此外，胎盘细胞中微塑料的存在也会导致代谢紊乱，例如通过细胞凋亡、炎症和氧化应激导致的糖尿病和肥胖症。因此，关于MPs和人类疾病的风险关系成为了研究者关注的焦点。

宫颈癌是一种发生在宫颈细胞中的癌症。美国癌症协会（ACS）在2024年初报告称，从2012年到2019年，美国30-44岁女性的宫颈癌症发病率每年增加1.7%。全世界每年仍有30多万人死于此病。目前，科学界已在人类血液、子宫内膜、胎盘、子宫内膜异位症患者的尿液中检测到塑料颗粒。这些发现表明，MPs可能存在于人类生殖器官中，并可能对宫颈组织产生不利影响。因此，本研究的目的是通过调查宫颈癌症进展过程中MP含量的变化以及MPs对癌组织代谢特征的影响，来评估MPs对宫颈癌症发展的影响。这有助于进一步探讨MPs在癌症患者宫颈浸润性癌症组织（CICTs）中的潜在作用，为癌症患者的治疗提供新的思路。

图1 图文摘要：总结了研究人群、拉曼和质谱方法以及本研究的主要结果。

在45个受试者NCT（n=15）、CINT（n=15，和CICT（n=15）样本中，共检测到101个MP颗粒，平均丰度为2.24±1.61 MP颗粒/g（图2A）。发现NCT样品中MPs的平均值为1.4±1.14 MP颗粒/g，CINT样品中MPs的平均值为2.47±1.15 MP颗粒/g和CICT样品中MPs平均值为2.87±2.0 MP颗粒/g（图2B）。这表明MP暴露水平可能随着宫颈癌症的进展而增加。此外，如图2C所示，PE和PP是NCT、CINT和CICT样本中最常检测到的MP（检测范围：18.60%-28.57%）。从图2D可以看出，在101个MPs颗粒中共鉴定出12种聚合物，其中PE和PP是最常检测到的，分别占总数的26.73%和19.80%。值得注意的是，通过图2B，我们还观察到CINT和CICT样本中检测到的MP水平显著高于NCT（t检验：CINT： p =0.02，CICT： p =0.024）。此外，发现CINT与CICT和NCT样本中检测到的MP水平相关（CINT： p =0.016，NCTs： p =0.016）。

图2 宫颈癌症患者NCTs、CINT和CICTs中MPs检测值的分析。（A）MPs的暴露水平。（B）MPs的平均值和分布特征。（C）NCT、CINT和CICT样本中MP类型的百分比。（D）宫颈癌症患者MP类型的百分比* p <0.05，# p <0.05。

结合先前以及本研究，对癌变组织、癌旁组织以及CICTs样本中检测到的MP浓度经统计分析表明，癌变组织（1.87±1.02 MPs/g）和CICTs（2.87±2.00 MPs/g）样本中检测到MPs的浓度显著高于癌旁组织（1.00±0.82 MPs/g），并具有统计学意义（CTS：p=0.02，CICTs：p=0.004）（图3A）。此外，如图3B和C所示，共有7个未检出MPs的样本。

图3 ( A) CCTs, PCTs和CICTs样本中MPs水平的均值和分布。 (B) CCTs和CICTs样本中MPs的检出率值。(C) 患者CCTs和CICTs样本中MPs的检出水平。

基于以上分析结果，我们选取了丰度最高的 MPs（n=7）和不含有 MPs（n=7）的癌变组织样本进行了差异代谢物的分析，以探讨MPs在宫颈癌发生中的潜在作用。共筛选出33种具有生物学意义的代谢物，其中上调物质25个，下调物质8个（图4B）。聚类热图分析显示，MP组和非MP组代谢产物之间存在显著的聚类和分层效果，其中6种代谢产物的相对表达量最高，分别是：beta.-Homoproline，O-acetylsolasodine，D-Mannose，N-acetyl-d-glucosamine，N-acetylglucosamine，N-Acetylmannosamine（图4E-F）。

图4 （A）正离子模式火山图。（B 正负离子模式显著性差异代谢物表达差异折叠分析。（C）正离子模式相关热图。（D 正离子模式弦图。（E）正离子模式显著差异代谢物层次聚类热图。（F）负离子模式显著差异代谢物层次聚类热图。

如图5A所示，MP组和非MP组的代谢物之间存在显著的聚类和分层。MP组中所有四种代谢物——D-甘露糖、N-乙酰-D-葡糖胺、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰甘露糖胺——的表达水平相对较高。此外，分析了MP和非MP组中差异代谢物的代谢途径，如图5B所示，差异代谢物主要集中在氨基糖和核苷酸糖代谢途径中。此外，氨基糖和核苷酸糖代谢的 p 值最低（ p <0.05），差异代谢物数量最多。通过分析丰度差异并在实验组和对照组之间进行图形比较，确定了表现出显著变化的代谢途径。溶酶体、C型凝集素受体信号通路以及氨基糖和核苷代谢均呈上升趋势，其中氨基糖和核苷酸糖代谢呈最明显的上升趋势（图5C）。

图5 （A）KEGG途径中差异代谢物聚集的热图。（B）KEGG富集途径图（气泡图）。（C）所有差异代谢途径的差异丰度评分图。

本研究首次系统分析了在从健康个体向宫颈癌症发展中的MPs变化。分析观察到，MP暴露水平随着宫颈癌症的进展而增加（ p ＜0.05）。在33种具有显著差异的代谢物中，D-Mannose（VIP=7.0092）和cis,cis-muconic acid（VIP=12.5323）的表达差异最大。此外，氨基糖和核苷酸糖代谢途径在本实验中最为丰富，可能作为MPs参与癌症宫颈发病机制的途径。本研究中确定的代谢产物和途径可能为癌症患者的疾病研究提供新的见解和机会。

作者介绍

徐洪文 ，江南大学食品学院在读博士生，博士期间主要从事微纳塑料的去除和检测技术以及微纳塑料与人体疾病之间的关系研究。以第一作者在 Food Chemistry ， Critical Reviews in Food Science and Nutrition ， Environmental Research ， Journal of Hazardous Materials ， Environmental Pollution ， Environmental Geochemistry and Health 发表 6 篇论文，获 1 项发明专利授权。

谢云飞 ，江南大学食品学院教授、副院长、博士生导师， 2021 年教育部国家级高层次人才（青年），江苏省 “ 双创博士 ” ，无锡市优秀教育工作者，无锡市 “ 五四青年奖章 ” 获得者，江苏省科协第十届委员会委员，江苏省食品科学与技术学会理事。目前发表 SCI 文章 170 余篇，其中第一和通讯作者发表 50 余篇；主持国家重大仪器科学设备开发项目课题等国家级项目 5 项；授权发明专利 17 项（ 1 项为国际专利）；获中国商业联合会科学技术奖一等奖、中国轻工业联合会技术发明奖二等奖等 4 项。主要从事食品安全与质量控制方面的研究。包括食品危害物快速检测方法的建立；食品中微纳塑料的检测、脱除、相互作用；食品加工过程质量控制在线监测设备的开发；新型保鲜剂与保鲜技术的研发与应用等。

实验室主页 ：

https://www.x-mol.com/groups/Xie_Yunfei

通讯邮箱 ：[email protected]

马丁，妇产科学专家，中国工程院院士，华中科技大学同济医学院附属同济医院妇产科学系主任，华中科技大学同济医学院医学学科建设委员会主任，湖北省医学会副会长，中国卫生健康思想政治工作促进会医院党建研究分会名誉会长。主要从事妇科肿瘤及妇科疾病的诊断和治疗研究。

通讯邮箱 ：[email protected]

投稿、转载、合作、申请入群可在后台留言（备注：姓名+微信号）或发邮件至[email protected]

【点击下方超链接阅读16个栏目推文】

1 .【直播】	9 .【院士】
2

江南大学谢云飞团队JHM｜宫颈癌症发展过程中微塑料的快速检测及其对癌组织代谢组学特征的影响

正文

请到「今天看啥」查看全文