随着近年来塑料产品的广泛使用,微塑料(Microplastics,MPs)已经成为环境中普遍存在的污染物。目前,关于MPs对水生生物的潜在毒性作用已经得到证实。然而,鲜有关于MPs对生物体肠道菌群及代谢相关的影响的报道。本研究使用不同浓度不同尺寸的聚苯乙烯微塑料(Polystyrene microplastics,PS-MPs)对斑马鱼幼鱼及成鱼进行暴露,通过对相关指标进行检测,研究PS-MPs对幼鱼的发育毒性和对成鱼的生理毒性,并重点研究解析PS-MPs对斑马鱼肠道菌群和代谢的影响。首先,为解析PS-MPs对斑马鱼幼鱼肠道菌群和代谢的影响,将斑马鱼胚胎分别暴露于5-和50-μm的PS-MPs溶液中7天,对其肠道菌群组成和代谢谱进行分析。结果显示,PS-MPs不仅改变“门”水平和“属”水平上一些肠道微生物的丰度,还降低了微生物的多样性,显著影响了斑马鱼幼鱼的菌群组成。同时GC/MS代谢组学分析结果表明,PS-MPs暴露引起了斑马鱼幼鱼代谢谱的显著改变。其中,5-μm PS-MPs暴露后斑马鱼幼鱼体内78种代谢物的含量发生了变化,而50-μm PS-MPs暴露造成斑马鱼幼鱼体内121种代谢物的含量发生变化,这些变化的代谢物包括碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、核酸等,它们参与能量代谢、糖脂代谢、炎症反应、神经毒性反应、核酸代谢、氧化应激等生化过程。此外,这两种粒径的PS-MPs还显著影响了斑马鱼幼鱼体内HK1、ACO和DGAT2这些糖脂代谢相关基因的转录水平,以上的研究结果表明,PS-MPs暴露能显著改变斑马鱼幼鱼肠道菌群组成,并造成幼鱼代谢的紊乱。其次,为了研究PS-MPs对斑马鱼幼鱼的发育毒性,对PS-MPs暴露后幼鱼游泳行为、神经发育、免疫应答及氧化应激等相关指标进行了检测。结果表明5-和50-μm的PS-MPs暴露影响了斑马鱼幼鱼的游泳行为,并显著抑制了幼鱼体内乙酰胆碱酯酶(AchE)活性和多巴胺(DA)水平,同时抑制了Gfap、Shha、Elavl3及Gap43等神经发育相关基因的转录水平。另外,PS-MPs显著上调了幼鱼体内部分促炎因子的水平及其基因转录水平,显著下调了IL-10和C3的水平及其基因转录水平,诱导了斑马鱼的免疫毒性。同时PS-MPs还通过降低CAT活性和GSH水平诱导了斑马鱼的氧化损伤。最后,为了研究PS-MPs对斑马鱼成鱼的生理毒性,进一步检测了成鱼的体重、体长、肥满度、肝脏中糖脂代谢相关基因的转录水平及相关生化指标。结果显示0.5-和5-μm PS-MPs暴露21天显著影响成鱼的正常生长,导致体重和肥满度显著下降。另外,PS-MPs暴露显著影响了肝脏中GK、HK1、PK、PEPCK、ACO、CPT1、PPAR-alpha及ACC1等糖脂代谢相关基因的转录水平、抑制了TCA循环相关的酶(如α-酮戊二酸脱氢酶及异柠檬酸脱氢酶)的活性,并导致葡萄糖和甘油三酯水平的降低。这些结果表明,PS-MPs暴露会影响斑马鱼的正常生长并导致肝脏代谢紊乱。总的来说,本研究的结果表明,PS-MPs暴露不仅会引起斑马鱼幼鱼肠道菌群的失调和代谢紊乱,对幼鱼造成神经发育毒性、免疫毒性、氧化损伤等发育毒性,同时也可以影响成鱼的生长和肝脏代谢,对斑马鱼造成生理毒性。