Circulation｜塑料添加剂藏心脏隐患？首都医科大学陈瑞/孟庆涛揭秘双酚F经“肠-心”轴加重心肌损伤机制！
2026-06-24
中科新生命
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双酚F（BPF）是双酚A的常见替代品，被广泛应用于各类塑料制品生产，是环境中检出率最高的双酚类化合物之一。但目前对BPF潜在健康毒性，尤其是心血管毒性的作用机制尚不明确。
2026年5月28日，首都医科大学陈瑞教授/孟庆涛团队于国际顶尖心血管期刊Circulation（IF41.3）发表题为“Microplastic Exposure Aggravates Cardiomyopathy Under Hemodynamic Stress Through the Gut-Heart Axis”的研究，研究依托无菌小鼠模型、粪菌移植技术，结合16S测序、多组学联合分析等多重技术手段，完整阐明BPF-肠道菌群-Sat1-NAP-心肌损伤完整致病通路，并锁定嗜黏蛋白阿克曼菌（AKK 菌）作为心脏保护关键靶点，为塑料污染相关心血管疾病防治提供全新理论依据。
组学技术
16S测序、非靶代谢组、空间代谢组、代谢流、RNA-seq、单细胞核转录组（snRNA-seq）
技术路线
步骤1：低剂量BPF暴露即可导致体内心脏肥大；
步骤2：肠道菌群是BPF诱导心肠损伤的必要条件；
步骤3：多组学明确肠上皮Sat1介导BPF向NAP转化，介导心脏毒性；
步骤4：解析NAP通过破坏高尔基体-线粒体轴损伤肠道屏障的分子机制；
步骤5：证实AKK通过代谢产物色氨酸醇抑制Sat1-NAP轴，保护心脏；
步骤6：snRNA-seq阐明循环NAP激活心肌p53通路、抑制糖酵解诱发心肌肥厚；
步骤7：临床队列验证NAP可作为肠病合并心血管损伤的循环标志物。
研究结果
1.低剂量BPF暴露导致体内心脏肥大
研究团队采集285 份无基础心血管、肠道疾病普通人群晨尿，经质谱检测发现人群平均BPF检测率为90.5%，并随年龄增长而增加，表明BPF污染在人群中普遍存在。为量化BPF心脏毒性，研究构建梯度剂量小鼠暴露模型（对照、5μg/kg BPF、50μg/kg BPF，连续灌胃 28 天）发现，单纯低剂量BPF即可造成亚临床心肌损伤；叠加血管紧张素 II（Ang II）高血压模型后，BPF会进一步加重心脏损伤，心功能明显衰退。
图1 低剂量BPF暴露促进体内心肌细胞的生长
2. 肠道微生物群介导BPF引起的心脏损伤
BPF主要通过消化系统进入人体，肠道菌群稳态与心血管功能密切相关，首先构建无菌小鼠模型，发现无菌环境下BPF完全丧失心脏毒性，证明肠道菌群是BPF致病的必要条件；进一步通过粪菌移植（FMT）实验，将BPF暴露小鼠粪便移植后，在无菌小鼠中心脏损伤标志物（如ANP、BNP和β-MHC）的表达升高，表明肠道微生物群会促进BPF加重高血压下心脏损伤。采用16S测序分析确定参与BPF诱发心脏损伤的细菌种类，显示BPF暴露后AKK菌丰度显著下降，提示AKK菌缺失可能是BPF损伤的关键诱因。
图2 肠道微生物群介导BPF引起的心脏损伤
3. 多组学锁定NAP，明确肠道上皮Sat1是催化转化关键酶
进一步确定肠道微生物群产生代谢产物有何影响。研究通过非靶向代谢组对比多组小鼠粪便、结肠组织代谢物，锁定介导肠心损伤的核心代谢物NAP；结合空间代谢成像，明确NAP主要富集于肠道上皮组织；借助氘标记BPF体内示踪技术，证实NAP是BPF经菌群代谢生成的关键代谢产物。NAP是由N1-乙酰转移酶1（Sat1）催化而成， BPF刺激肠道上皮细胞高表达Sat1，该酶催化BPF向NAP的转化，并且敲低Sat1可降低NAP水平并减轻BPF诱导的心脏与肠道损伤。
图3 BPF通过肠道微生物群产生的NAP损害小鼠心脏功能
4. NAP在肠道屏障功能障碍期间会造成超微结构损伤
为评估NAP诱导肠道损伤的机制，采用不同浓度NAP处理结肠类器官，结合RNA测序和细胞超微结构成像技术，发现极低浓度NAP即可诱导肠道上皮凋亡，且高尔基体损伤发生早于线粒体损伤。进一步筛选出与高尔基体功能相关的基因表达，发现NAP通过抑制转录因子Cebpβ/FoxQ1或者下调Rasip1、Arf1、Pi4kb基因表达，阻碍高尔基囊泡形成，进而减少囊泡携带的Pi4kb向线粒体转运，导致Drp1介导的线粒体裂变受损。而过表达Rasip1、Arf1或Pi4kb可减轻NAP诱导的高尔基体和线粒体损伤。
图4 NAP通过减少高尔基氏囊泡的分泌促进线粒体融合
5. AKK能防止BPF引起的心血管和肠道损伤
前期菌群测序已证实BPF会显著消耗肠道AKK菌，团队进一步开展补充干预实验，发现外源补充AKK可修复BPF造成的肠道通透性异常，通过代谢组和全基因组分析确定AKK通过其代谢物色氨酸抑制肠道上皮细胞Sat1表达，从而减少NAP的产生，并缓解BPF引起的心脏和肠道损伤。
图5 AKK能防止BPF引起的心血管和肠道损伤
6. BPF通过激活p53通路并抑制糖酵解，诱导心肌细胞肥大
研究利用snRNA-seq解析高血压合并BPF暴露小鼠心脏各细胞亚群变化：BPF暴露后心肌细胞占比明显下降，心肌细胞内p53信号通路被特异性激活，但在无菌小鼠中，暴露BPF并未引起p53表达的增加，而敲低心肌p53后，BPF不再诱发心肌肥厚，体外实验进一步证实肠道微生物群促进Sat1表达，促进BPF转化为NAP，进而激活p53通路，抑制糖酵解活性，最终诱导心肌细胞肥大。
图6 BPF通过激活p53通路并抑制糖酵解作用，诱导心肌细胞肥大
7. IBD 临床人群队列，验证NAP与人体心肌损伤正相关
为了验证临床相关性，团队检测了75例炎症性肠病（IBD）患者 和145例健康对照的血清。IBD患者血清NAP显著升高，而色氨酸醇水平显著降低，而血清NAP与心肌损伤标志物（LDH、CK‑MB、α‑HBD）呈正相关，提示肠道来源的NAP可进入体循环，影响心血管功能。
图7 血清NAP水平与IBD的心脏和血管损伤标志物相关
结论
该研究以塑料常用替代增塑剂双酚 F（BPF）为研究对象，依托无菌小鼠、粪菌移植、多组学及单细胞测序等技术，首次系统阐明肠道菌群-Sat1-NAP轴介导BPF经肠心轴导致心肌损伤的分子机制，为心血管疾病的发病机制提供了新见解，同时提供益生菌及代谢物干预新方案。
Wang J, Xu J, Mai H, et al. Microplastic Exposure Aggravates Cardiomyopathy Under Hemodynamic Stress Through the Gut-Heart Axis. Circulation. Published online May 28, 2026.
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