2023年6月21日，吉林大学张大奕教授、浙江中医药大学刘明英副教授团队应用长光辰英核心产品——P300共聚焦拉曼光谱仪在《Journal of Hazardous Materials》期刊上发表了题为“Impacts of polypropylene microplastics on lipid profiles of mouse liver uncovered by lipidomics analysis and Raman spectroscopy”的论文。该研究创新性采用共聚焦拉曼光谱和脂质组学相结合的技术，观察到了聚丙烯微塑料在小鼠肝脏中的蓄积，揭示了聚丙烯微塑料的摄入对小鼠肝脏脂质代谢的影响。

一、研究背景

微塑料（MPs）是一种直径小于5mm的塑料颗粒。作为一种新污染物，微塑料主要由环境中的塑料颗粒经过机械（如磨损和紫外线辐射）、化学反应（如光解，水解和热解等）和生物分解（如细菌和真菌）等作用下产生。尽管已有大量学者针对微塑料环境赋存状态和健康影响开展了研究工作，现阶段聚丙烯微塑料对肝脏脂质代谢研究较少。本研究通过脂质组学和拉曼光谱分析揭示了聚丙烯微塑料在小鼠肝脏中的蓄积现象，刻画了聚丙烯微塑料影响下的小鼠肝脏脂质代谢组学变化，为进一步评估微塑料健康风险提供了技术手段和数据支撑。

二、研究内容

该研究建立了雄性SPF ICR小鼠的聚丙烯微塑料饮用水暴露模型，将5周龄的SPF ICR小鼠随机分为聚丙烯微塑料饮用水暴露7天低剂量暴露组（7TL）、7天高剂量暴露组（7TH）、42天低剂量暴露组（42TL）、42天高剂量暴露组（42TH）和对照组（7CK,42CK）。所有聚丙烯微塑料处理组的小鼠均接受含有聚丙烯微塑料的饮用水，低剂量和高剂量暴露组中的聚丙烯微塑料含量分别为100 μg/L（TL处理）和1000 μg/L（TH处理），对照组饮用水采用无微塑料污染的dddH₂O。

图1.流程图

研究首先使用共聚焦拉曼光谱仪测定了商用聚丙烯微塑料的颗粒特性，其直径约为10-20 ?m。拉曼光谱特征指纹峰位于811、842、970、1169、1330、1459、2841、2884 和 2956 cm^-1。肝脏组织经消解后，使用共聚焦拉曼光谱仪发现了与上述特征峰一致的微小碎片，经PCA-LDA分析后确认该微小碎片为聚丙烯微塑料，浓度为266-855个/只小鼠肝脏（图2），证实了聚丙烯微塑料可以通过饮水摄入方式进入并富集于小鼠肝组织。

图2. 聚丙烯微塑料拉曼光谱下形态

PLS-DA模型将6个处理脂质组聚类为两组，一组包括7CK、42CK和42TL,另一组包括7TL、7TH和42TH（图3A）。进一步识别了不同组别中显著重要的脂质代谢生物标志物，并分析了相同聚丙烯微塑料暴露时间（7天或42天）和不同聚丙烯微塑料暴露剂量（TL或TH）的脂质代谢生物标志物。结合聚丙烯微塑料暴露剂量和时间，最终确认表现聚丙烯微塑料暴露综合影响的脂质组生物标志物，包括脂肪酸306(20:3)和三酰甘油(C50:4和C50:1/C51:8)（图3）。

利用拉曼光谱的非侵入性检测特性，测定了不同处理组中肝细胞的生物拉曼光谱，建立了6组小鼠肝细胞生物大分子关键信息数据库，并识别出了典型生物拉曼光谱特征峰（图4A）。PCA-LDA多变量分析结果表明，石蜡对生物拉曼光谱无明显干扰，生物拉曼光谱特征可以将6个处理组分成两组，第一组包括7TH、7TL和42TH，第二组包括7CK、42CK和42TL（图4B），与上述脂代谢组学数据分析结果一致，表明共聚焦生物拉曼光谱可以有效预测脂质组学的变化。参考脂肪酸不饱和度计算公式n(C-C)/n(CH2)，本研究使用1658 cm^-1 (C-C stretching)和1442 cm^-1(CH2 stretching)处拉曼光谱特征峰强度来表示脂质的不饱和度，依次为7TH (0.9657) > 7TL (0.7940) > 7CK (0.7810) > 42TH (0.7704) > 42TL (0.7139) > 42CK (0.6920)。结果表明，肝脏脂质不饱和度与聚丙烯微塑料暴露剂量成正比，与聚丙烯微塑料暴露时间成反比。

图3. PLS-DA模型

图4. 肝细胞的拉曼光谱

三、结论

本研究结合脂质组学和生物拉曼光谱技术，证实了聚丙烯微塑料暴露会造成小鼠肝脏组织聚丙烯微塑料蓄积，并显著影响了肝脏脂质代谢功能。小鼠肝脏聚丙烯微塑料含量为266-855个/肝，脂质组学结果表明聚丙烯微塑料可以通过影响脂滴的形成来干扰能量存储和肝脏脂代谢。拉曼光谱揭示了不饱和脂肪酸的显著变化，进一步证明了聚丙烯微塑料对肝细胞代谢和对细胞膜成分的影响。本研究结果证明，生物拉曼光谱可以用于评估脂质代谢变化，为脂质组学研究中提供了一种精确评估的技术手段。