Exposition gegenüber Titandioxid-Nanopartikeln während der Schwangerschaft veränderte die Darmmikrobiota der Mutter und erhöhte Blutzuckerwerte bei Ratten

Einführung

Titandioxid-Nanopartikel (TiO₂ NP) ist eines der am häufigsten verwendeten Nanomaterialien und kann leicht in Sonnencreme, Farbe, Tinte und Lebensmitteln gefunden werden [1, 2]. Sie können bei der Verwendung kommerzieller Produkte leicht freigesetzt werden und in den menschlichen Körper gelangen. Insbesondere die schwangeren Frauen können es nicht vermeiden, sich ihnen auszusetzen. Tierstudien hatten gezeigt, dass eine Dysfunktion der Eierstöcke und des Fortpflanzungssystems beobachtet wurde [3] und monoaminerge Neurotransmitter ebenfalls beeinträchtigt wurden [4], wenn erwachsene weibliche Mäuse TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs. Darüber hinaus wurden auch Schwangerschaftskomplikationen und ungünstige Geburtsergebnisse beobachtet, nachdem trächtige Mäuse TiO₂ . ausgesetzt waren NPs [5]. Alle oben genannten Studien zeigten, dass TiO₂ NPs waren sowohl für erwachsene weibliche Tiere als auch für trächtige Weibchen schädlich, aber die Mechanismen waren nicht vollständig verstanden. Daher müssen die entsprechenden Studien für die Sicherheitsbewertung von TiO₂ . durchgeführt werden NPs.

TiO₂ NP wird als eine Art starkes antibakterielles Mittel verwendet; sie können viele Arten von Bakterien abtöten, einschließlich Staphylococcus aureus , Salmonellen, Streptococcus mutans , und so weiter [6]. Die antibakterielle Wirkung war eigentlich nicht selektiv, während sich die meisten aktuellen Studien hauptsächlich auf ihre Wirkung auf das Abtöten schädlicher Bakterien konzentrieren, berichteten nur wenige, ob TiO₂ NPs würden Probiotika oder andere symbiotische Bakterien abtöten und negative Auswirkungen auf den Menschen haben. Studien darüber, ob TiO₂ NPs würden die normale Zusammensetzung der Darmmikrobiota verändern und Nachteile für schwangere Frauen verursachen, fehlten ebenfalls; Daher haben wir diese Studie aus der Sicht der Darmmikrobiota durchgeführt.

In letzter Zeit zeigten immer mehr Forschungen, dass die Darmmikrobiota eng mit menschlichen Krankheiten wie Typ-2-Diabetes [7] und Fettleibigkeit [8] verbunden war. Probiotika könnten den Stoffwechsel von Schwangeren mit Schwangerschaftsdiabetes beeinflussen [9] und die Methylierung von Diabetes-assoziierten Genen bei Föten verändern [10]. Studien haben gezeigt, dass der Plasmaglukosespiegel anstieg, wenn erwachsene Mäuse TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs für 12 Wochen [11]. Ob der Blutzucker von schwangeren Frauen nach der Exposition ansteigen würde und ob sich die Expositionsdauer verkürzen würde, wurde nicht berichtet.

Alle oben genannten Studien legten nahe, dass TiO₂ NPs können die Darmmikrobiota beeinflussen und den Plasmaglukosespiegel erhöhen, aber kein direkter Beweis bewies den Zusammenhang zwischen der Darmmikrobiota und dem mütterlichen Blutglukosespiegel, und auch die Mechanismen waren nicht klar. Frühere Studien konzentrieren sich hauptsächlich auf Studien an erwachsenen Tieren und die Auswirkungen von TiO₂ NPs von trächtigen Weibchen wurden lediglich aus der Sicht der Darmmikrobiota untersucht. In dieser Studie haben wir das Schwangerschafts-Expositionsmodell von Ratten entwickelt, um zu untersuchen, ob sich die mütterliche Darmmikrobiota verändern würde und wie sie sich verändern würde, nachdem die trächtigen Weibchen TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs, und wir versuchten, die Frage zu beantworten, welche negativen Auswirkungen die Veränderungen der Darmmikrobiota nach TiO₂ . auf die trächtigen Weibchen haben würden NPs-Exposition. Unsere Studie hat Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von TiO₂ . geäußert NPs an die schwangeren Frauen und wir haben die möglichen Mechanismen aufgedeckt.

Materialien und Methoden

Studiendesign

Auf der Grundlage einer Studie von Weir, A. und seinen Kollegen am Menschen [12] wurden der Expositionsweg und die Expositionsdosis bei Ratten bestimmt. Den weiblichen Ratten wurde täglich 5 mg/kg KG/Tag TiO₂ . mit der Schlundsonde verabreicht NPs vom 5. bis 18. Tag nach der Schwangerschaft, und der Fortschritt ist in Abb. 1a dargestellt. Jede Ratte wurde vor der oralen Exposition gewogen und 0,5% der Methylcellulose wurden als Vehikelkontrolle verabreicht.

a Das experimentelle Design dieser Studie. b Die TEM-Bilder von TiO₂ NPs, Balken =50 nm. c Hauptmerkmale von TiO₂ Vom Hersteller gemessene oder gemeldete NPs wurden präsentiert

Tiere

Tierversuche wurden mit Genehmigung der Ethikkommission durchgeführt. Sprague-Dawley (SD)-Ratten wurden von Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. gekauft. Weibliche Ratten (n = 8, 12 Wochen alt) wurden von männlichen Ratten (n = 8, 14 Wochen alt) und Ratten gleichen Geschlechts wurden in einem großen Käfig gehalten. Alle Ratten wurden in einem temperatur- (22 ± 2 °C) und feuchtigkeitskontrollierten (40–60 %) Zustand mit einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus für eine Woche Ruhe gehalten. Dann wurden die weiblichen Ratten zufällig in eine Kontrollgruppe (n = 4) und Expositionsgruppe (n = 4) und mit Männchen im Verhältnis 1:1 in Einzelkäfigen gepaart. Der Vaginalpfropfen wurde jeden Morgen beobachtet und das Vorhandensein des Vaginalpfropfens bestätigte die Schwangerschaft und wurde als Trächtigkeitstag 0,5 (GD 0,5) aufgezeichnet, und die trächtigen Ratten wurden in getrennten Käfigen aufgezogen.

TiO₂ Vorbereitung und Verwaltung von NPs

TiO₂ NP ist ein kommerzielles Produkt, das von Sigma-Aldrich (13463-67-7) erworben wurde. Die Stammlösung von TiO₂ NPs wurden gemäß einer früheren Studie [13] in Methylcellulose (0,5 %) in einer Konzentration von 5 mg/ml gelöst und 30 Minuten (100 W) beschallt. Der hydrodynamische Durchmesser von TiO₂ NPs in Methylcellulose wurden mit dynamischer Lichtstreuung (DLS) gemessen.

Kotsammlung und fäkale Gesamt-DNA-Präparation

Der Kot jeder Ratte wurde bei GD 0 (vor der Paarung), GD 10 bzw. GD 17 während der Trächtigkeit gesammelt. Der Kot wurde bei – 80 °C gelagert, bevor die Bakterienvielfalt analysiert wurde. Die fäkale Gesamt-DNA wurde mit einem Power Soil DNA-Kit (Mo Bio Laboratories, Carlsbad, Kalifornien, USA) gemäß dem Protokoll des Herstellers extrahiert. Und die DNA-Konzentrationen wurden mit einem NanoDrop-Spektrophotometer (NanoDrop™ 2000/2000C, USA) gemessen.

16S rRNA-Gensequenzierung und Datenanalyse

Die bakterielle Sequenzierung von 16S-rRNA-Genen wurde mit der Illumina MiSeq-Plattform (Hangzhou Guhe Information and Technology Co., Ltd., Zhejiang, China) durchgeführt. Die V3- und V4-Regionen der bakteriellen 16S-rRNA wurden wie zuvor beschrieben mit spezifischen Primern amplifiziert [14]. Und die DNAs wurden nach Amplifikation und Reinigung einer Illumina-MiSeq-Sequenzierung unterzogen. Die Sequenzierungsdaten wurden mit quantitativen Erkenntnissen in die mikrobielle Ökologie (QIIME) nach früheren Studien verarbeitet [15]. Die Daten wurden aus den ursprünglichen DNA-Fragmenten gelesen und zusammengeführt, und die Leselängen lagen zwischen 400 und 500 bp. Chimäre Sequenzen wurden mit QIIME weiter untersucht, falls auftritt.

Blutprobenentnahme und Blutzuckerbestimmung

Auch das nüchterne venöse Blut aller weiblichen Ratten wurde entsprechend bei der Kotsammlung gesammelt. Die Blutproben wurden morgens nach 12 Stunden Hunger bei GD 0, GD 10 bzw. GD 17 aus der Schwanzvene entnommen. Dann wurden die Nüchtern-Blutzuckerwerte sofort nach der Entnahme mit dem Roche ACCU-CHEK® Performa Messgerät gemäß dem Protokoll des Herstellers bestimmt.

Statistische Analyse

Statistische Analysen wurden mit Graphpad Prism 6 durchgeführt; Alle Daten über die Diversität des Bakteriums wurden mit Boxplots als Mean ± SE dargestellt, und die Signifikanz aller Gruppen wurde durch eine Einweg-ANOVA, gefolgt von Dunnetts multiplem Vergleichstest, untersucht. P < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Ergebnisse und Diskussion

Eigenschaften von TiO₂ NPs

Die wichtigsten Eigenschaften von TiO₂ NPs wurden gemessen und vor Tierversuchen präsentiert. Abbildung 1b zeigt ein Gesichtsfeld von TiO₂ NPs unter einem Transmissionselektronenmikroskop. Die Morphologie von TiO₂ NPs waren fast kugelförmig mit einem Primärdurchmesser von etwa 21 nm. Der durchschnittliche hydrodynamische Durchmesser betrug in Methylcelluloselösung etwa 199,5 nm (Abb. 1c). Die Reinheit von TiO₂ NPs ist ≥ 99,5% und die Fläche beträgt 35–65 m ² /g laut Herstellerbericht. Jüngste Studien haben ergeben, dass sowohl nano- als auch feines TiO₂ den Blutzuckerspiegel erwachsener Tiere nach oraler Exposition erhöhen könnten [11, 16] und ob der Blutzucker der trächtigen Weibchen beeinflusst wird, war nicht bekannt. Um diese Frage und die zugrunde liegenden Mechanismen zu klären, haben wir das Expositionsmodell für schwangere Ratten entwickelt, um die Toxizität von TiO₂ . zu bewerten NPs und um die Schäden an trächtigen Ratten zu untersuchen.

Die meisten TiO₂ Partikel in Produkten haben eine Primärgröße von hauptsächlich 60 bis 300 nm, die Minorität (~ 20 %) lag bei < 100 nm [17], während kürzliche Studien gezeigt haben, dass die Menge an TiO₂ Die NPs in einigen Lebensmitteln sind viel größer als wir wissen (~ 90%), zum Beispiel in Kaugummi [18]. Wie bekannt, hatten kleinere Nanopartikel eine höhere Toxizität [19, 20] und die Weibchen reagierten während der Schwangerschaft empfindlicher auf schädliche Substrate, sodass der Minderheitsanteil von TiO₂ NPs können bei trächtigen Frauen nicht zu vernachlässigende Auswirkungen haben als die meisten feinen Partikel. In dieser Studie haben wir das Modell der schwangeren Ratte nanoskaligem TiO₂ . ausgesetzt (~ 21 nm) zur Untersuchung der potenziellen Risiken von TiO₂ NPs an schwangere Frauen.

Änderungen der Bakterienvielfalt während der normalen Schwangerschaft

Während der Trächtigkeit werden trächtige Weibchen empfindlicher gegenüber physikalischer und chemischer Exposition; Um die Auswirkungen der manuellen Operation auf die Implantation der befruchteten Eizelle zu verringern, wurde der 5. Tag als erster Expositionstag gewählt, wenn die Blastulas die Implantation beendet hatten. GD 17 ist der letzte Tag vor der Entbindung und GD 10 ist die Mitte der Schwangerschaft. Die normale Dynamik des Darmmikrobioms während der Schwangerschaft wurde anhand von Stuhlproben von drei Zeitpunkten der Kontrollgruppen (GD 0, GD 10 und GD 17) untersucht. Wir haben die Alpha-Diversität des Darmmikrobioms im Laufe der Zeit durch die Berechnung der Shannon-, Simpson- und Chao1-Indizes beobachtet, aber der Unterschied war nicht signifikant (Abb. 2a). Basierend auf einer nicht-metrischen multidimensionalen Skalierungsanalyse (NMDS) wurde auch in Proben zu verschiedenen Zeitpunkten kein deutlicher Unterschied gefunden (Abb. 2b), was mit früheren Studien konsistent war [21, 22]. Das Venn-Diagramm (Abb. 2c) zeigte die gemeinsamen und spezifischen operationellen taxonomischen Einheiten (OTUs) in Stichproben zu verschiedenen Zeitpunkten und die gemeinsamen OTUs von drei Zeitpunkten (GD 0, GD 10, GD 17) in Kontrollgruppen betrug 164; diese Ergebnisse zeigten, dass die Zahl der spezifischen OTUs während der Schwangerschaft mit der Zeit zunahm. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Darmmikrobiota während einer normalen Schwangerschaft keine signifikanten Veränderungen aufwies und die Veränderungen keine negativen Auswirkungen haben und sogar für die Mutter von Vorteil sind. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Veränderung der Darmmikrobiota das Ergebnis eines Schwangerschaftsprozesses sein könnte, der durch hormonelle Veränderungen bei schwangeren Frauen verursacht werden könnte [23], ähnlich wie Veränderungen der Vaginalflora während der Schwangerschaft [24]. Es könnte auch eine Voraussetzung für eine normale Schwangerschaft sein.

Veränderungen der Eigenschaften der Darmmikrobiota bei Kontrollratten (nicht exponiert) im Verlauf einer normalen Trächtigkeit. a Alpha-Diversität des Darmmikrobioms durch Shannon-, Simpson- und Chao1-Index. b Die Beta-Diversität wurde durch eine nicht-metrische multidimensionale Skalierungsanalyse (NMDS) aufgedeckt. c Die eindeutigen und gemeinsam genutzten operativen Taxonomieeinheiten (OTUs) wurden im Venn-Diagramm dargestellt. D0 Strg bedeutet Ratten in der Kontrollgruppe vor der Paarung, d10 Strg und d17 Strg bedeutet die Kontrollratten in GD 10 bzw. GD 17

Änderungen der Bakterienvielfalt nach Exposition gegenüber TiO₂ NPs während der Schwangerschaft

Studien zeigten, dass die Darmmikrobiota entscheidend für die Aufrechterhaltung einer normalen Immunitätssituation ist [25]; eine natürliche Veränderung der Darmmikrobiota während einer normalen Schwangerschaft kann das Immunsystem regulieren, um die Einnistung befruchteter Eizellen zu akzeptieren [26]. Die natürliche Veränderung der Darmmikrobiota während einer normalen Schwangerschaft könnte den Schwangeren auch dabei helfen, sich an die metabolischen Veränderungen während der Schwangerschaft anzupassen. Sobald die Veränderung der Darmmikrobiota ein „richtiges Maß“ überschritten hat, kann es zu einem ungünstigen Schwangerschaftsausgang kommen. Also haben wir die Veränderungen der Mikrobiota nach TiO₂ . analysiert NPs Exposition im folgenden Teil. Die Auswirkungen von TiO₂ NPs zur Bakteriendiversität während der Schwangerschaft wurden durch Analyse der Alpha-Diversität und Beta-Diversität bei GD 0, GD10 und GD17 bewertet, nachdem Weibchen Nanopartikeln ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Alpha-Diversität in Shannon einen steigenden Trend und eine signifikante Veränderung des Simpson-Index (P < 0,05) im Vergleich zu einer normalen Schwangerschaft, aber kein Unterschied in Chao1 (Abb. 3a). Die NMDS-Analyse (Abb. 3b) zeigte ebenfalls keinen signifikanten Unterschied wie bei einer normalen Schwangerschaft, jedoch nach Exposition gegenüber TiO₂ NPs, die spezifischen OTUs in Proben nahmen in der mittleren und späten Schwangerschaft ab (Abb. 3c). Während der normalen Schwangerschaft hatte sich die Diversität der Darmmikrobiota nicht offensichtlich verändert, aber wir beobachteten einen zunehmenden Trend der Bakterienvielfalt im mütterlichen Kot, nachdem weibliche Mäuse TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs während der Schwangerschaft, möglicherweise aufgrund von TiO₂ NPs sind ein hochwirksames antibakterielles Mittel und können viele Arten von Bakterien abtöten; sie hemmten die dominanten Bakterien im Darm und die ursprünglich unterdrückten Bakterien konnten sich unter dieser Bedingung vermehren. Studien zeigten, dass die Darmmikrobiota mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht wurde, darunter Diabetes, Fettleibigkeit, Bluthochdruck [27] und Krebs [28]; auch der Zusammenhang zwischen Darmmikrobiota und Schwangerschaftsdiabetes wurde bestätigt [29]. Der Grund, warum nach der Exposition keine signifikante Änderung zwischen GD 0, GD10 und GD17 beobachtet wurde, könnte sein, dass TiO₂ NPs waren „relativ sicher“ oder die durch TiO₂ . induzierten Mikrobiota-Änderungen Die NPs-Exposition kann durch die schwangerschaftsbedingten Veränderungen der Mikrobiota gedeckt werden.

Veränderungen der Eigenschaften der Darmmikrobiota bei exponierten Ratten im Verlauf der Trächtigkeit. a Die Alpha-Diversität des Darmmikrobioms, die der Shannon-, Simpson- und Chao1-Index zeigt. b Die Beta-Diversität wurde durch NMDS-Analyse aufgedeckt. c Die eindeutigen und gemeinsamen OTUs-Nummern wurden im Venn-Diagramm dargestellt. D0-Test bedeutet Proben, die Ratten entnommen wurden, bevor sie TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs, d10-Test und d17-Test bedeutet Proben, die von exponierten Ratten bei GD 10 bzw. GD 17 entnommen wurden

Veränderungen der Darmmikrobiota im zweiten Trimester nach Exposition gegenüber TiO₂ NPs

Um die Auswirkungen einer Schwangerschaft auszuschließen und die unabhängigen Auswirkungen von TiO₂ . weiter herauszufinden NPs auf Darmmikrobiota verglichen wir die Unterschiede des Darmmikrobioms zwischen Kontrollgruppe und Behandlungsgruppe mit Proben aus dem zweiten Trimester (GD 10). Laut Shannon-, Simpson- und Chao1-Indizes wurde kein signifikanter Unterschied in der Alpha-Diversität gefunden (Abb. 4a). Basierend auf der NMDS-Analyse wurde ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Gruppen beobachtet (Abb. 4b). Abbildung 4c zeigt, dass die Exposition von TiO₂ NPs führten zu Veränderungen einiger spezifischer OTUs in der Behandlungsgruppe im Vergleich zur Kontrolle (Venn). Diese Ergebnisse zeigten, dass TiO₂ NPs waren relativ sicher und werden keine offensichtliche Dysbakteriose induzieren. Aber die Flora-Zusammensetzung, nämlich die Häufigkeit bestimmter Gattungen, änderte sich im zweiten Trimester bzw. im späten Schwangerschaftsstadium. Um die potenziellen Risiken der während der Schwangerschaft aufgetretenen Veränderungen und die möglichen Nebenwirkungen zu untersuchen, haben wir die funktionellen Veränderungen der Darmmikrobiota mit Bioinformatik identifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass durch die LefSe-Analyse (lineare Diskriminanzanalyse (LDA)> 2) zwei dominante Biomarker, Ellin6075 und Clostridiales, gefunden wurden. Die Fülle von Ellin6075 wurde verringert und Clostridiales wurde nach TiO₂ . erhöht NPs-Exposition bzw. (Abb. 4d). Ellin6075 wurde von einer australischen Farm isoliert, es waren jedoch nur wenige Informationen zu seinen phänotypischen Merkmalen oder Funktionen verfügbar, sodass ihre Auswirkungen auf die Schwangerschaft weiter untersucht werden müssen. Yan und seine Kollegen zeigten, dass Clostridium bei SD-Ratten mit Fettleibigkeit signifikant zunahm [30], was mit unserer Feststellung übereinstimmte, dass Clostridiales mit einem hohen Blutzuckerspiegel koexistierten. Um die Auswirkungen der Veränderungen der Darmmikrobiota auf die Schwangerschaft aufzuzeigen, sagten wir die Genunterschiede in Stuhlproben durch die phylogenetische Untersuchung von Gemeinschaften durch Rekonstruktion unbeobachteter Zustände (PICRUSt) voraus (Abb. 4e) und fanden heraus, dass Gene über die Funktion von Typ-2-Diabetes mellitus und Lipidbiosyntheseproteine ​​wurden in der Behandlungsgruppe gestärkt, während der Taurin- und Hypotaurinstoffwechsel geschwächt war. Forscher hatten gezeigt, dass die Darmmikrobiota kurzkettige Fettsäuren, einschließlich Essigsäure und Propionsäure, erzeugen und wiederum den Blutzucker des Wirts regulieren kann [31]. Und die Veränderung von Taurin und Hypotaurin entsprach auch der Tatsache, dass Taurin den mütterlichen Blutzuckerspiegel herunterregulieren konnte [32].

Veränderungen der Eigenschaften der Darmmikrobiota zwischen Kontrollratten und TiO₂ NP-exponierte Ratten bei GD 10. a , b Alpha- und Beta-Diversität des Darmmikrobioms wurden als Shannon-, Simpson- und Chao1-Index sowie als NMDS-Analyse dargestellt. c Das Venn-Diagramm zeigte die Eigenschaften der OTUs. d , e Dominante Biomarker und verwandte Genfunktionen wurden durch Lefse bzw. phylogenetische Untersuchungen von Gemeinschaften durch Rekonstruktion unbeobachteter Zustände (PICRUSt)-Vorhersage gefunden. D10 Strg bedeutet die Kontrollratten bei GD 10, d10 Test bedeutet die Expositionsratten bei GD 10

Veränderungen der Darmmikrobiota in der späten Schwangerschaft nach Exposition gegenüber TiO₂ NPs

Das Darmmikrobiom der späten Schwangerschaft wurde durch Stuhlproben untersucht, die bei GD17 gesammelt wurden. Bei der Alpha-Diversität wurde kein signifikanter Unterschied gefunden (Abb. 5a). Diese Proben wurden im NMDS-Modell signifikant nach Kontroll- und Behandlungsgruppe verteilt (Abb. 5b). Wie in Fig. 5c gezeigt, wurde in der Behandlungsgruppe eine verringerte Anzahl von beobachteten OTUs gefunden. Wir haben Lefse auch verwendet, um potenzielle Biomarker zu identifizieren. Wie in Abb. 5d gezeigt, nahm die Häufigkeit von Ellin6075 in der Behandlungsgruppe während der späten Schwangerschaft (LDA > 2) persistierend ab, und die Häufigkeit von Dehalobacteriaceae wurde durch die Exposition gegenüber TiO₂ . verringert auch NPs (LDA > 2). In diesem Stadium wurden die mit Diabetes mellitus verbundenen Genveränderungen nicht beobachtet, was darauf hindeutete, dass das zweite Trimester anstelle des späten Trimesters das empfindliche Fenster für TiO₂ . war NPs zur Erhöhung des mütterlichen Blutzuckers. Und das Ergebnis stimmte mit unserer klinischen Erkenntnis überein, dass unsere Ärzte im zweiten Trimester (ca schwangere Frau). Die Ergebnisse zeigten, dass der Nüchternblutzucker auf GD 10 angestiegen war, nachdem die trächtigen Ratten TiO₂ . ausgesetzt waren NPs und liegt vor einem früheren Ergebnis (~ 12 Wochen) bei erwachsenen Tieren [11], das die Tatsache bewies, dass trächtige Weibchen empfindlicher waren als Erwachsene.

Veränderungen der Eigenschaften der Darmmikrobiota zwischen Kontrollratten und TiO₂ NP-exponierte Ratten bei GD 17. a Shannon-, Simpson- und Chao1-Index, der die Alpha-Diversität darstellte, wurden zwischen zwei Gruppen verglichen. b Die Beta-Diversität wurde durch NMDS-Analyse aufgedeckt. c Das Venn-Diagramm zeigt die einzigartigen und gemeinsam genutzten OTUs in zwei Gruppen. d Lefse fand die Kandidaten für Biomarker (LDA > 2) und die Unterschiede der Genfunktionen wurden vorhergesagt. e Die Nüchternblutzuckerspiegel von Ratten wurden bei GD 0, GD 10 und GD 17 gemessen, nachdem sie TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs. D17 Ctrl und d17 Test bedeutet die Kontroll- bzw. exponierten Ratten am 17. Tag der Trächtigkeit

Die Auswirkungen von TiO₂ NPs auf Blutzucker nach pränataler Exposition

Um die Ergebnisse der PICRUSt-Vorhersage zu beweisen, haben wir den Nüchternblutzucker der Ratten bei GD10 bzw. GD17 gemessen. Nachdem die trächtigen Ratten TiO₂ . ausgesetzt wurden NPs für 12 Tage (GD5–GD17), der Nüchternblutzuckerspiegel wurde gemessen. Wie in Abb. 5e gezeigt, stieg der Nüchternglukosespiegel der Ratten im Vergleich zur Kontrollgruppe sowohl bei GD10 (P < 0,05) und GD17 (P < 0.01) nach Exposition gegenüber TiO₂ NPs, was den vorherigen Berichten entsprach, dass TiO₂ NPs könnten den Blutzuckerspiegel erwachsener Tiere erhöhen [11, 33]. Der Wertzuwachs zwischen Kontrollgruppe und GD 17 war jedoch relativ gering (~   0,5 mM) und erreichte nicht den Standard eines Gestationsdiabetes [34]. Die Ergebnisse legten nahe, dass mütterliche Einzelgänger, die TiO₂ . ausgesetzt waren, NPs während der Schwangerschaft reichen nicht aus, um einen Gestationsdiabetes auszulösen, aber der erhöhte Blutzucker kann negative Auswirkungen auf die trächtigen Weibchen und ihre Nachkommen haben. Und es wurde berichtet, dass Mütter, die während der Schwangerschaft einem höheren Blutzuckerspiegel ausgesetzt waren, das Risiko von Fettleibigkeit und abnormaler Glukosetoleranz von Föten erhöhen könnten [35], was uns auch daran erinnerte, dass TiO₂ NPs können potenzielle Risiken für die Nachkommen darstellen.

Schlussfolgerung

Unsere Studien zeigten, dass die pränatale Exposition von TiO₂ NPs könnten den mütterlichen Nüchternblutzuckerspiegel erhöhen, und die Veränderungen der Darmmikrobiota könnten der zugrunde liegende Mechanismus sein. Und wir ziehen den Schluss, dass TiO₂ NPs könnten das Risiko von Schwangerschaftsdiabetes bei schwangeren Frauen erhöhen, was unsere Aufmerksamkeit erregen sollte.

Abkürzungen

DLS:

Dynamische Lichtstreuung

GD:

Trächtigkeitstag

LDA:

Lineare Diskriminanzanalyse

NMDS:

Nicht metrische mehrdimensionale Skalierung

OGTT:

Oraler Glukosetoleranztest

OTUs:

Operative taxonomische Einheiten

PICRUSt:

Phylogenetische Untersuchung von Gemeinschaften durch Rekonstruktion unbeobachteter Zustände

QIIME:

Quantitative Einblicke in die mikrobielle Ökologie

SD:

Sprague-Dawley

TiO₂ NPs:

Titandioxid-Nanopartikel