Foodborne Carbon Dot Exposure Induces Insulin Resistance through Gut Microbiota Dysbiosis and Damaged Intestinal Mucus Layer

失调 胰岛素抵抗 微生物学 炎症 肠道菌群 粘液 生物 拟杆菌 厚壁菌 免疫学 TLR4型 胰岛素 内分泌学 细菌 遗传学 16S核糖体RNA 生态学
作者
Boya Zhang,Xingpei Fan,Hai‐Ning Du,Meimei Zhao,Ziyi Zhang,Ruijiao Zhu,Bo He,Yuxia Zhang,Xiaoyan Li,Jiaxin Li,Ning Gu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 6081-6094 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c01005
摘要

Foodborne carbon dots (CDs), an emerging food nanocontaminant, are an increasing risk factor for metabolic toxicity in mammals. Here, we report that chronic CD exposure induced glucose metabolism disorders via disruption of the gut-liver axis in mice. 16s rRNA analysis demonstrated that CD exposure decreased the abundance of beneficial bacteria (Bacteroides, Coprococcus, and S24-7) and increased the abundance of harmful bacteria (Proteobacteria, Oscillospira, Desulfovibrionaceae, and Ruminococcaceae), as well as increased the Firmicutes/Bacteroidetes ratio. Mechanistically, the increased pro-inflammatory bacteria release the endotoxin lipopolysaccharide, which induces an intestinal inflammation and disruption of the intestinal mucus layer, activating systemic inflammation and inducing hepatic insulin resistance in mice via the TLR4/NFκB/MAPK signaling pathway. Furthermore, these changes were almost completely reversed by probiotics. Fecal microbiota transplantation from CD-exposed mice induced glucose intolerance, damaged liver function, intestinal mucus layer injury, hepatic inflammation, and insulin resistance in the recipient mice. However, microbiota-depleted mice exposed to CDs had normal levels of these biomarkers consistent with microbiota-depleted control mice, which revealed that gut microbiota dysbiosis contributes to CD-induced inflammation-mediated insulin resistance. Together, our findings revealed that gut microbiota dysbiosis contributes to CD-induced inflammation-mediated insulin resistance and attempted to elucidate the specific underlying mechanism. Furthermore, we emphasized the importance of assessing the hazards associated with foodborne CDs.
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