La exposición a nanopartículas de dióxido de titanio durante el embarazo cambió la microbiota intestinal materna y aumentó la glucosa en sangre de ratas

Cambios en las características de la microbiota intestinal en ratas expuestas durante el embarazo. un La diversidad alfa del microbioma intestinal revelada por el índice de Shannon, Simpson y Chao1. b La diversidad beta fue revelada por análisis NMDS. c Los números de OTU únicos y compartidos se presentaron en el diagrama de Venn. Prueba D0 significa muestras recolectadas de ratas antes de la exposición al TiO ₂ NP, prueba d10 y prueba d17 significa muestras recolectadas de ratas expuestas en GD 10 y GD 17, respectivamente

Cambios en la microbiota intestinal en el segundo trimestre después de la exposición al TiO ₂ NP

Para excluir los efectos del embarazo y conocer más a fondo los efectos independientes del TiO ₂ NP en la microbiota intestinal, comparamos las diferencias del microbioma intestinal entre el grupo de control y el grupo de tratamiento utilizando muestras recolectadas del segundo trimestre (GD 10). No se encontraron diferencias significativas de diversidad alfa según los índices de Shannon, Simpson y Chao1 (Fig. 4a). Se observó una distinción notable entre los dos grupos según el análisis NMDS (Fig. 4b). La Figura 4c mostró que la exposición de TiO ₂ Los NP llevaron a cambios de algunas OTU específicas en el grupo de tratamiento en comparación con el control (Venn). Estos resultados mostraron que TiO ₂ Los NP eran relativamente seguros y no inducen una disbacteriosis obvia. Pero la composición de la flora, es decir, la abundancia de un género específico, cambió en el segundo trimestre y en la etapa tardía del embarazo, respectivamente. Para conocer más a fondo los riesgos potenciales de los cambios que ocurrieron durante el embarazo y explorar qué efectos adversos pueden traer, identificamos los cambios funcionales de la microbiota intestinal con bioinformática. Los resultados mostraron que se encontraron dos biomarcadores dominantes, Ellin6075 y Clostridiales, mediante el análisis LefSe (análisis discriminante lineal (LDA)> 2). La abundancia de Ellin6075 disminuyó y Clostridiales aumentó después de TiO ₂ Exposición NPs respectivamente (Fig. 4d). Ellin6075 se aisló de una granja de Australia, pero se disponía de poca información sobre sus características o funciones fenotípicas, por lo que sus efectos sobre el embarazo necesitan más investigación. Yan y sus colegas demostraron que Clostridium aumentó significativamente en ratas con obesidad SD [30], lo que coincidió con nuestro hallazgo de que Clostridiales coexistía con un nivel alto de glucosa en sangre. Para revelar los efectos del cambio de la microbiota intestinal en el embarazo, predijemos las diferencias genéticas en muestras fecales utilizando una investigación filogenética de comunidades mediante la reconstrucción de estados no observados (PICRUSt) (Fig. 4e), y encontramos que los genes sobre la función relacionada con la diabetes mellitus tipo 2 y Las proteínas de biosíntesis de lípidos se fortalecieron en el grupo de tratamiento, mientras que el metabolismo de taurina e hipotaurina se debilitó. Los investigadores habían demostrado que la microbiota intestinal podía generar ácidos grasos de cadena corta, incluidos el ácido acético, el ácido propiónico y, a su vez, regular la glucosa en sangre del huésped [31]. Y el cambio de taurina e hipotaurina también estuvo de acuerdo con el hecho de que la taurina podría regular a la baja las concentraciones de glucosa en sangre materna [32].

Cambios en las características de la microbiota intestinal entre ratas de control y TiO ₂ Ratas expuestas a NP en GD 10. a , b La diversidad alfa y beta del microbioma intestinal se presentó como índice de Shannon, Simpson y Chao1, así como análisis NMDS. c El diagrama de Venn mostró las características de las OTU. d , e Los biomarcadores dominantes y las funciones génicas relacionadas se encontraron mediante Lefse y la investigación filogenética de las comunidades mediante la reconstrucción de la predicción de estados no observados (PICRUSt), respectivamente. D10 Ctrl significa las ratas de control en GD 10, d10 Test significa las ratas de exposición en GD 10

Cambios en la microbiota intestinal al final del embarazo después de la exposición al TiO ₂ NP

El microbioma intestinal del embarazo tardío se examinó mediante muestras fecales recolectadas en GD17. No se encontraron diferencias significativas en la diversidad alfa (Fig. 5a). Estas muestras se distribuyeron significativamente por grupos de control y tratamiento en el modelo NMDS (Fig. 5b). Como se muestra en la Fig. 5c, se encontró una disminución en el número de OTU observadas en el grupo de tratamiento. También usamos Lefse para identificar posibles biomarcadores. En particular, como se muestra en la Fig. 5d, la abundancia de Ellin6075 persistió disminuyó en el grupo de tratamiento durante la última etapa del embarazo (LDA> 2), y la abundancia de Dehalobacteriaceae disminuyó por la exposición a TiO ₂ NP también (LDA> 2). En esta etapa, no se observaron cambios genéticos relacionados con la diabetes mellitus, lo que sugirió que el segundo trimestre, en lugar del último trimestre, era la ventana sensible para TiO ₂ NP para aumentar la glucosa en sangre materna. Y el resultado estuvo de acuerdo con nuestro reconocimiento clínico de que nuestros médicos llevaron a cabo la prueba de tolerancia oral a la glucosa (OGTT), un diagnóstico común de diabetes gestacional humana, para detectar la diabetes gestacional en mujeres embarazadas en el segundo trimestre (aproximadamente la semana 26 en mujeres embarazadas). Los resultados mostraron que la glucosa en sangre en ayunas había aumentado en GD 10 después de que las ratas preñadas expuestas al TiO ₂ NP, y es anterior a un resultado anterior informado (~ 12 semanas) en animales adultos [11], que demostró el hecho de que las hembras preñadas eran más sensibles que los adultos.

Cambios en las características de la microbiota intestinal entre ratas de control y TiO ₂ Ratas expuestas a NP en GD 17. a Se compararon los índices de Shannon, Simpson y Chao1 que presentaban diversidad alfa entre dos grupos. b La diversidad beta fue revelada por análisis NMDS. c El diagrama de Venn que muestra las OTU únicas y compartidas en dos grupos. d Lefse encontró los biomarcadores candidatos (LDA> 2) y se predijeron las diferencias de las funciones de los genes. e Los niveles de glucosa en sangre en ayunas de ratas se midieron en GD 0, GD 10 y GD 17 después de exponerse a TiO ₂ NP. D17 Ctrl y d17 Test significa las ratas de control y expuestas en el día 17 de gestación, respectivamente

Los efectos del TiO ₂ NP sobre glucosa en sangre después de la exposición prenatal

Para probar los resultados de la predicción PICRUSt, medimos la glucosa en sangre en ayunas de las ratas en GD10 y GD17, respectivamente. Después de que las ratas preñadas fueron expuestas a TiO ₂ NP durante 12 días (GD5-GD17), se midieron los niveles de glucosa en sangre en ayunas. Como se muestra en la Fig. 5e, en comparación con el grupo de control, los niveles de glucosa en ayunas de las ratas aumentaron significativamente en ambos GD10 ( P <0.05) y GD17 ( P <0.01) después de exponerse a TiO ₂ NP, que estaba de acuerdo con los informes anteriores de que TiO ₂ Los NP podrían aumentar el nivel de glucosa en sangre de los animales adultos [11, 33]. Pero el incremento de valor entre el grupo de control y el GD 17 fue relativamente pequeño (~ 0,5 mM) y no alcanzó el estándar de diabetes gestacional [34]. Los resultados sugirieron que, la madre solitaria expuesta a TiO ₂ Los NP durante el embarazo no son suficientes para inducir diabetes gestacional, pero el aumento de glucosa en sangre puede traer efectos adversos a las hembras embarazadas y su descendencia. Y se informó que la madre expuesta a niveles más altos de glucosa en sangre durante el embarazo podría aumentar los riesgos de obesidad y tolerancia anormal a la glucosa de los fetos [35], lo que también nos recordó que TiO ₂ Los NP pueden traer riesgos potenciales para la descendencia.