二氧化钛（TiO2）因具有高折射率和自然白色，常被作为食品着色剂和风味增强剂添加至糖果、奶制品、酱料、干蔬菜、坚果、种子、汤、芥末、啤酒以及葡萄酒中。我国对于食品中TiO2的最大使用量有着严格的规定（0.05%～1%）。2012年，Weir等研究之后发现，糖果等含有较高剂量TiO2的食品中，其中约1/3的TiO2粒径属于纳米级别。此外，纳米TiO2因其优良的抗菌活性也常被应用于食品包装领域。随着纳米TiO2应用场景范围的扩大，人们越来越关注纳米TiO2对人体的潜在危害。

  天津科技大学 工业发酵微生物教育部重点实验室的赵化冰、杨 晨、路福平*等采用微生物组学-代谢组学技术，分析纳米TiO2干预后小鼠菌群结构和整体代谢变化规律，探讨纳米TiO2对小鼠肠道微生物影响的作用机制，为纳米材料的生物安全性评价提供参考。

  由表1可知，与对照组相比，实验组小鼠心、肝、脾、肺和肾的脏器指数之间差异不显著，表明在现有剂量下口服纳米TiO2颗粒13 周还不足以引起小鼠的器官损伤，但是不能排除器官功能的受损。之前相关的研究中同样发现了脏器指数未发生明显的变化但器官功能受损的现象。这可能是暴露方式、剂量不同以及材料本身等差异造成的。

  如图1所示，摄入纳米TiO2的小鼠血糖浓度非常明显升高（P＝0.032），但对小鼠血脂四项未见显著影响。血糖水平异常的原因一方面可能是纳米TiO2破坏了小肠绒毛结构，减少葡萄糖吸收表面积，从而增加了肝脏血糖摄取、利用和贮存水平；另一方面纳米TiO2引起了小鼠肝脏的内质网应激和ROS的生成量增加，致使胰岛素抵抗，因此导致血糖代谢紊乱。

  如图2所示，与对照组相比，纳米TiO2处理组的IL-6、IL-10、ROS、T-SOD水平并无显著性差异（P＞0.05）。但处理组小鼠血清中促炎细胞因子IL-6和ROS水平有上涨的趋势，而抗炎细胞因子IL-10和T-SOD水平却呈下降趋势，均朝着对于机体不利的方向发展。纳米TiO2毒性较弱，本研究设置的暴露剂量和时间内并没有对机体造成显著损伤，但是仍然观察到了损伤的趋势。

  粪便是纳米TiO2的重要排出途径之一，如图3所示，实验组小鼠粪便中Ti含量明显高于对照组（P＝0.013）。说明纳米TiO2存在与肠道微生物和粪便代谢物之间发生互相作用的可能。

  如图4A所示，在门水平上，除拟杆菌门（Bacteroides）和厚壁菌门（Firmicutes）外，变形菌门（Proteobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和TM7菌门也是小鼠肠道中的高丰度类群。纳米TiO 2 处理后，厚壁菌门在小鼠肠道中的占比与对照组相比明显地增加了49.91%。先前的研究表明，厚壁菌门与拟杆菌门的比值（Firmicutes/Bacteroides，F/B）在某些特定的程度上随着脂肪含量的增加而增加。在本实验中由于厚壁菌门相对丰度的增加，F/B值也上升了75.4%，尽管该变化没有显著性（P＝0.083），但也提示了纳米TiO 2 存在增加小鼠患代谢性疾病和肥胖的风险。

  如图4B所示，在属水平上，与对照组相比，别样棒菌属（Allobaculum）、乳杆菌属（Lactobacillus）、颤螺旋菌属（Oscillospira）在纳米TiO 2 干预后相对丰度明显地增加（P＜0.05）。Pinget等同样发现了别样棒菌属丰度增加的现象，别样棒菌属先前已被证明是一种对宿主饮食变化敏感的微生物属，因此不难理解它在肠道中的波动现象。而肠道中乳杆菌属丰度的增加是纳米TiO 2 引起的普遍现象。摄入纳米TiO 2 后乳杆菌属丰度的增加非常有可能与一种革兰氏阳性细菌格氏乳杆菌（Lactobacillus_gasseri）有关，其可产生过量的过氧化氢，引起肠道炎症加重

  如表2所示，与对照组相比，纳米TiO2干预引发了粪便代谢物的广泛变化，显著地增强了甘油酯类代谢、半乳糖代谢、色氨酸代谢相关代谢途径的变化（图5A）。肠道细菌进行色氨酸代谢产生吲哚，随后在肝脏中被吸收和代谢为循环尿毒症毒素硫酸吲哚酚，对机体造成损伤。此外，对小鼠影响最大的前25 种代谢物进行数据归一化处理（图5B），能够准确的看出，纳米TiO2干预对粪便中的部分氨基酸和长链脂肪酸稳态造成了影响，部分氨基酸浓度和脂肪酸出现异常波动。

  如图6所示，大多数改变的细菌与部分不同的代谢物有明显的相关性（r＞±0.5，P＜0.05）。这些细菌主要属于厚壁菌门（Ruminococcus（瘤胃球菌属）、Oscillospira、Lactobacillus、Coprococcus）、变形菌门（Sutterella）和拟杆菌门（Bacteroides）。显著相关的代谢物影响了脂质代谢（甘油）、氨基酸代谢（尸胺、色氨酸）、碳水化合物代谢（D-半乳糖、甘油酸）、叶酸的生物合成（氨苯甲酸）。有趣的是，属于厚壁菌门的细菌相对丰度都与代谢物水平呈负相关。

  本研究剂量下的纳米TiO2能够影响小鼠的肠道微生物区系结构和粪便代谢表型，对脂质代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢途径的粪便代谢物产生了显著影响，进一步可能会引起小鼠空腹血糖、部分细胞因子及氧化应激指标水平的异常。本研究只观察了粪便的代谢组学特征，进一步应对血液、尿液以及各个脏器在不同周期的染毒样本做联合分析，从而更准确得出纳米TiO2的毒性作用机制。

  本文《纳米二氧化钛对小鼠亚慢性暴露的肠道微生物组和代谢组关联分析》来源于《食品科学》2023年44卷3期162-169页，作者：赵化冰，杨晨，常慧敏，史婷婷，张冰洁，谭有兰，李凤珠，王洪彬，路福平。DOI:10.7506/spkx0211-061。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展趋势，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业高质量发展快速踏入新里程。

  Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容有食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害于人体健康的物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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