近年来,纳米材料与纳米科技得到飞速发展,其中具有类石墨烯结构的二硫化钼(MoS2)纳米材料因其优异的特性使其表现出巨大的应用前景,从而引起人们的广泛关注。目前关于MoS2的生物效应已开展了初步研究,但对于MoS2在生物体不同组织器官的富集分布与毒性效应,尚缺乏较为系统深入的研究。基于以上背景,本文以C57小鼠作为模式动物,采用不同粒径(纳米与微米粒径)与不同浓度(2.0 mg/kg bw/day 与 20.0 mg/kg bw/day)的 MoS2 材料对 C57 小鼠经口暴露90d。首先检测分析了不同暴露组中MoS2材料在小鼠体内分布以及排泄规律。然后通过16S rRNA测序技术与1H NMR方法检测其肠道微生物组与代谢组信息,研究MoS2材料暴露后小鼠肠道微生物组与代谢组特征的变化情况。具体研究结论如下:(1)MoS2在小鼠体内分布、排泄及毒理学观察:MoS2材料在小鼠体内分布与排泄规律具有显著的粒径与浓度依赖性。虽然MoS2暴露后能够通过尿液及粪便被代谢排出体外,但是在纳米低浓度与高浓度以及微米高浓度暴露组小鼠在血清、肝脏、肾脏、脾脏中Mo浓度较对照组显著升高,而微米低浓度暴露组小鼠各脏器中Mo浓度无明显升高迹象,表明纳米粒径的MoS2在暴露后更易进入机体内循环并在器官中富集分布。肠道组织病理学分析发现,纳米低浓度与高浓度暴露组小鼠回肠中出现了黏膜出血与绒毛变短现象,其中纳米高浓度组小鼠结肠中还出现了肠壁水肿现象。荧光定量PCR结果显示,纳米低浓度与高浓度暴露组以及微米高浓度暴露组小鼠肠道中TNF-α与MCP-1炎性因子表达量显著升高,表明MoS2材料暴露能够诱导小鼠肠道产生炎症反应。(2)MoS2对小鼠肠道微生物组的影响:在肠道微生物群落结构层面,MoS2材料暴露组小肠与大肠的肠道微生物群落结构变化表现出明显的粒径与浓度依赖性,其中纳米低浓度与高浓度以及微米高浓度暴露导致肠道微生物厚壁菌门丰度显著上升而拟杆菌门丰度显著下降,从而导致肠道微生物厚壁菌门与拟杆菌门的比值(F/B)的显著升高。在肠道微生物OTU(Operationaltaxonomic units,即操作分类单元)层面,暴露组小肠与大肠微生物中分别出现了 13种、64种显著差异的物种,其中在纳米暴露组肠道微生物中筛选出其独有的10个物种,如,o_Clostridiales(denovo 16885)、o_Bacteroidales(denovo 173340)、f_S24-7(denovo13568)等。在肠道微生物功能通路层面,暴露组小肠与大肠微生物涉及的功能通路变化主要包括氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢等。(3)MoS2对小鼠肠道代谢组的影响:在肠道代谢轮廓层面,MoS2材料暴露组中小肠与大肠的代谢轮廓变化表现出明显的粒径依赖性,纳米组暴露对肠道代谢轮廓造成的影响较为明显。在肠道代谢分子与代谢通路层面,暴露组小鼠的小肠与大肠内容物中分别出现了 32种显著差异的代谢分子,涉及的代谢通路变化主要包括能量代谢、氧化应激、氨基酸的代谢等。进一步Pearson相关性分析结果表明,MoS2材料暴露不仅改变了肠道微生物群落在物种水平上的丰度变化,也显著干扰了肠道微生物群落在功能水平上的代谢变化,其中大肠微生物f_S24-7(Bacteroidetes)的群落代谢功能受到MoS2纳米材料暴露的影响比较显著。综上所述,MoS2材料暴露在小鼠体内分布与排泄规律以及肠道微生物组与代谢组的变化特征中均表现出明显的粒径与浓度依赖性,揭示MoS2纳米材料因其自身形貌尺寸的变化与微米材料的生物学行为具有明显的小尺寸效应。通过本实验研究,补充了MoS2纳米材料暴露机体后肠道微生物与代谢方面的数据空白,加深了对纳米MoS2健康效应的认识。