博淼导读

   近年来伴随时空组学的快速发展，单细胞转录组作为其中重要的组成部分，且在检测技术和分析流程的日益成熟体系，促进bulk多组学--singel cell多组学--spatial多组学的三维组学深度融合，scRNA研究也从早期的atlas策略转向了function annotation策略，更成为了队列bulk多组学分析筛选的重要分子靶点之后，对于其分子调控机制研究的重要研究路线和结论载体，由此我们看到近年来围绕scRNA+GWAS、scRNA+EWAS等创新研究成果频出，开创了新的多组学分子调控功能机制研究范式！

   本文章的研究首次证实广泛使用的双酚A替代品——双酚F（Bisphenol F, BPF） 可被肠道微生物代谢为 N-乙酰腐胺（N-acetylputrescine, NAP），通过激活心肌细胞p53通路抑制糖酵解，诱导心肌肥厚；并发现嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila, AKK）及其代谢物色醇（tryptophol） 可通过下调Sat1–NAP轴减轻损伤，首次系统描绘了“环境化学物→肠道菌群代谢转化→肠屏障破坏→特定代谢产物进入循环→心肌细胞代谢与信号通路紊乱→病理性心肌重构”的完整因果链条。本文章中20例小鼠心脏组织单细胞抽核转录组测序由博淼生物荣幸完成技术检测。

   博淼生物作为国内最早开展队列人群bulk多组学技术服务的科研机构之一，长期聚焦在GWAS和EWAS及代谢组等检测技术，并持续推进以此为技术核心联合单细胞多组学及空间多组学的创新研究思路和技术方案，新旧思维的碰撞犹如老树新芽，不同的研究视角会焕发传统研究策略新的生命力！

文章题目：Microplastic Exposure Aggravates Cardiomyopathy Under Hemodynamic Stress Through the Gut-Heart Axis  Circulation  2026 May 28

研究设计思路

该研究在方法论层面构建了从“人群暴露→动物模型→无菌小鼠→粪菌移植→多组学解析→干预验证”的完整证据链条：

• 人群暴露评估：检测285份人体尿液样本中BPF的暴露水平；
• 动物模型构建：将小鼠暴露于BPF后，再通过主动脉缩窄（TAC）手术建立血流动力学超负荷导致的心肌病模型，以模拟人类高血压性心脏病及心衰进展中的病理负荷状态；肠道菌群因果关系验证：使用无菌小鼠和粪菌移植（FMT） 技术，分别验证肠道菌群在BPF诱导心脏损伤中的必要性和充要性；
• 代谢物鉴定：联合非靶向代谢组学与空间代谢组学，追踪BPF在体内的微生物代谢产物；
• 细胞层面机制解析：单细胞测序识别受累的心肌细胞亚群；
• 干预验证：补充嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）或其代谢产物色氨醇，验证能否阻断BPF的毒性通路。

关键科研结论分享

队列人群暴露组研究结论

研究首先检测285份健康人尿样，BPF检出率高达 **90.5%**（中位数 1.16 ng/μg肌酐），且随年龄升高而上升，提示现代人群普遍暴露于含BPF塑料制品（食品包装、饮料罐等）。既往流行病学已提示尿BPF水平与充血性心力衰竭正相关，但其分子机制长期空白。

小鼠模型研究结论

为了模拟真实的人类暴露环境，研究人员将 6周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分组，每组6只，分别予以 5 μg/kg/d和 50 μg/kg/d的BPF灌胃处理，连续暴露28天。

单纯暴露组：50 μg/kg/d组血压升高，心肌细胞横截面积增大，损伤标志物 ANP（心房钠尿肽）mRNA上调，血清 α-HBD、LDH、CK‑MB显著升高（图1F–J）；

图1.低剂量 BPF 暴露可促进体内心肌细胞的生长

肠道微生物基因组研究结论

无菌（Germ‑free）小鼠实验是本研究核心突破——在缺乏肠道菌群时，BPF＋Ang II处理不再引起血压改变、心肌肥厚、心功能下降或p53激活（图2B–L），证明BPF本身不直接致心肌伤，须经菌群代谢转化。

粪菌移植（FMT）实验进一步验证：移植BPF暴露小鼠粪便至无菌鼠，受体出现心肌细胞肥大及ANP/BNP升高（图2M–O）。

16S rDNA测序显示BPF暴露后AKK菌丰度显著下降（剂量依赖性负相关），Firmicutes bacterium M10‑2升高（图2Q–R）。

图2.肠道微生物组介导 BPF 诱导的心脏损伤

代谢组研究结论

非靶向+空间代谢组学发现BPF暴露小鼠粪便/结肠中 N‑乙酰腐胺（NAP）显著升高，且该升高依赖菌群（GF小鼠无升高，FMT可恢复）（图3G–J）。氘代BPF示踪证实NAP是BPF的直接微生物代谢产物（图3K）。

机制上，BPF刺激肠上皮细胞分泌精脒/精胺N¹‑乙酰转移酶1（Sat1）（图3N–O，免疫荧光），而非细菌编码Sat1。肠腔Sat1催化BPF转化为NAP 。

Sat1敲减小鼠完美验证了这一机制：敲减Sat1后，BPF不再致肠屏障损伤、血清NAP不升、心肌无肥厚（图3P–R），确证 肠上皮Sat1‑菌群‑NAP轴为核心路径。

图3.BPF 通过肠道微生物群产生的NAP损害小鼠的心脏功能

单细胞转录组研究结论

单细胞测序（snRNA‑seq）显示BPF＋Ang II组心肌细胞比例下降，p53通路活性最强上调（图6B–E）。Western blot证实BPF或外源NAP使心肌p53蛋白升高；p53敲减小鼠BPF不再致肥厚（图4F–I）。

原代心肌细胞实验：10 pmol/L NAP → p53↑ → 细胞外酸化率（ECAR，糖酵解）显著受抑，氧耗率不变；p53‑KD可逆转此抑制（图4J–L）。说明NAP经p53‑糖酵解抑制驱动心肌肥大。

图4.BPF 通过激活p53通路并抑制糖酵解来诱导心肌细胞肥大

干预研究结论

补充活AKK菌或其代谢物色醇（tryptophol）：恢复肠屏障（FITC‑dextran↓），降低粪便/血清NAP；下调肠上皮Sat1（图5F–I），减轻高尔基/线粒体损伤；

逆转心肌细胞肥大（图5C–D, O–P）。

CRISPR敲除AKK的色氨酸酶（thpA）后，保护效应消失（图5L–N），证实AKK‑色醇‑Sat1‑NAP轴为干预关键。

图5.AKK 可预防 BPF 引起的心血管及肠道损伤

检测了75例炎症性肠病（IBD）患者和145例健康对照的血清。发现IBD患者血清NAP显著升高，色醇显著降低（图6A）。相关性分析显示，血清NAP与心肌损伤标志物（LDH、CK‑MB、α‑HBD）呈正相关（图6D–E）。这不仅解释了为何IBD患者常伴发心脏问题，也提示血清NAP可作为塑料暴露相关心血管风险的新型预警标志物。

图6.血清NAP水平与 IBD 心脏及血管损伤标志物呈相关性