邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）是邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的支链异构体，作为一种广泛使用的邻苯二甲酸酯（PAE）类增塑剂替代品，常见于聚氯乙烯、油漆、纺织品和农用化学品中，现已成为一种新污染物。相较于直链DBP，DIBP因其弱氢键和范德华力，更易释放到环境中，因而表现出更强的环境迁移性，具体表现为从塑料聚合物中的浸出速率加速且挥发性更强。研究指出，DIBP具有致癌性、毒性和内分泌干扰特性，其释放不仅可能削弱消费产品的柔韧性与耐用性，更对生物体构成潜在威胁。然而，目前关于DIBP环境释放与微生物互作关系的研究尚显不足，尤其是其促进ARGs传播规律及内在机制仍缺乏系统性探究。
【文章内容概要】
近日，昆明理工大学潘学军教授团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》期刊上发表题为“Diisobutyl phthalate at environmental concentration promotes the conjugative transfer of antibiotic resistance genes: Mechanistic insights and ecological implications”的研究论文。该研究通过建立属内和属间接合转移模型，阐明了氧化应激、膜通透性增加和能量代谢增强之间的协同作用共同驱动抗生素抗性基因（ARGs）的传播。本研究突破以往研究局限，针对DIBP诱导的ARGs接合转移，建立更为全面的“氧化应力-膜渗透性-能量代谢”耦合模型评估框架。相关结果进一步拓展了对PAE（特别是从直链到分支链异构体）促进ARGs传播特异性的认识，标志着该领域从现象观察向系统机制解析的深化。这些发现揭示了PAE的潜在水生生态和公共卫生风险，为有效防控PAE诱导的抗生素耐药性传播提供了重要的理论依据。
本研究建立的属内和属间接合转移体系发现（图1a），不同浓度DIBP暴露显著促进质粒介导的接合频率和接合子的产生，且该效应呈现非严格浓度依赖性。在属内体系中， 10 μg/LDIBP暴露下接合频率达到峰值，为3.89×10–3（约为对照组的1.67倍），接合子数量达到4.05×104 CFU/mL（图1b）；属间体系同样在10 μg/L达到峰值，为对照组的1.36倍，接合子数量为5.64×103 CFU/mL（见图1c）。值得注意的是，DIBP在属内体系中诱导的接合频率增幅（1.02–1.67倍）大于属间体系（1.02–1.36倍），这与既往报道一致，表面DIBP暴露导致细菌接合转移风险升高。遗传机制分析显示，全局调控基因（Grg）、交配对形成系统（Mpf）基因和DNA转移与复制系统（Dtr）基因受到不同程度的调控（见图1d–e），且相关调控变化与接合频率显著相关（图1f-g），证明DIBP通过调控属内及属间接合转移相关基因的表达，显著增加RP4质粒的转移、复制和交配对形成能力，最终促进ARGs的接合转移。
图1. DIBP促进属内和属间的接合转移。（a）实验程序的示意图。（b-c）属内和属间接合系统中的接合频率与接合子变化。（d-e）转移相关基因表达水平的变化。（f-g）接合频率与转移相关基因之间的相关分析，其中红色表示正相关，蓝色表示负相关。数据以均值±标准差表示。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001相对于对照组。
（2）氧化应激反应驱动接合转移
胞内ROS检测结果表明，DIBP暴露以浓度依赖性方式诱导ROS积累，其峰值水平可达对照组1.42倍（图2a）。属内接合体系产生的ROS显著高于属间体系（p < 0.05），与接合频率呈正相关（图2g）。当引入ROS清除剂硫脲后，10 μg/L DIBP诱导的最大接合频率由3.89×10–3降至3.01×10–3（图2b），证实ROS是促进ARG接合转移的关键驱动因素。此外，氧化应激相关基因在低浓度DIBP（0.01–1 μg/L）暴露下显著上调，但在较高浓度（>10 μg/L）时则下调（图2f）。
同时，DIBP暴露改变了接合体系中SOD、CAT和GR的活性，在属内接合体系中表现更为明显（图2c–d）。具体而言，SOD活性呈倒U形趋势，在1 μg/L处达到峰值（较对照组增加2.10倍）；CAT活性显著增加，于10 μg/L达到峰值（为对照组1.22倍）；在属内系统中GR活性在属内和属间体系中分别升至对照组的1.11和1.06倍（图2e）。据此，推测大量ROS积累激活抗氧化酶活性，触发细胞 “自我保护”机制。这种保护反应伴随相关基因的上调，在减轻细胞损伤的同时，增强RP4质粒介导的接合转移。
图2. 细胞内ROS水平的变化。（a）在DIBP暴露于属内和属间接合系统中清除剂添加前及（b）添加后。（c）SOD、（d）CAT、（e）GR活性的变化。（f）通过RT-qPCR定量的氧化应激相关基因和SOS反应基因的表达水平。（g）ROS与接合频率的相关分析，其中红色表示正相关，蓝色表示负相关。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，****p < 0.0001（与对照组相比）。
（3）细胞膜通透性与微观结构改变调控ARGs接合转移
TEM观察显示，未经处理的大肠杆菌细胞膜光滑完整、细胞壁结合紧密，且无细胞质裂解现象（图3a）；而DIBP暴露组出现明显的结构损伤，包括细胞膜皱缩、表面粗糙、外膜破坏、细胞质空泡化以及细胞边界模糊（图3b–c，红色箭头）。此外，与未处理的细胞相比， DIBP暴露组细胞间距明显缩短（图3b–c，黄色箭头），表明DIBP具有强烈的细胞膜破坏能力和细胞毒性，能够增强细菌的粘附力并促进细胞间物质交换。
MDA含量分析显示，属内和属间体系均呈现出类似倒U形趋势，在10 μg/L DIBP暴露时达到峰值，分别为对照组的1.30倍和1.11倍（图3d）。LDH活性在0–1 μg/L范围随浓度升高而增加，但在高浓度（100 μg/L）时呈现下降趋势（图3e），该现象在属内体系中更为明显。同时，相关外膜蛋白（OMPs）和外排泵基因在低浓度DIBP（0–1 μg/L）下，在两种接合体系中均显著上调（图3f-g）。上述结果表明ROS通过诱导脂质过氧化和改变膜蛋白结构协同调节细胞膜通透性，进而增强ROS生成并激活膜相关酶系统，形成“膜-酶-ROS”正反馈回路，并成为驱动ARG传播的关键机制。
（4）能量代谢重编程
能量代谢研究显示，高浓度DIBP显著抑制ATP生成，属内和属间体系ATP水平分别为在照组的0.89–1.62倍和0.75–1.38倍之间波动（图4a）。机制分析表明，低浓度DIBP暴露下，受氧化应激的影响，编码复合体I、II、 IV和V型基因上调（图4b）；而在高浓度下，过量积累的ROS直接攻击ETC的铁-硫簇，进一步破坏PMF系统，干扰PMF和ATP合成并引发能量波动。最终，ROS积累、能量代谢失调和膜屏障失效构成了 “能量-膜-氧化”闭环耦合网络，系统性地调节接合转移效率。
（5）胞外聚合物（EPS）介导的细胞黏附
定量分析显示，属内体系中LB-EPS蛋白在10 μg/L DIBP时达到峰值（约为对照组的1.40倍，图5a），TB-EPS蛋白表达在1 μg/L时达到峰值（约为对照组的1.46倍，图5d）。相比之下，属间体系中EPS的蛋白和多糖含量仅略有增加（图5b和e），这可能与物种间的代谢不兼容和信号屏障有关。在属内体系中，LB-EPS和TB-EPS的PN/PS分别增至对照组的1.12–1.32倍和1.01–1.39倍（图5c）；属间体系中分别增至1.02–1.06倍和1.01–1.05倍（图5f）。结果表明，不同浓度DIBP均可诱导细胞内引发PN/PS的积累，促进细胞间粘附并影响ARG转移。Pearson相关分析进一步证实PN/PS比值与接合频率之间的正相关（图5g和h）。
综上，本研究揭示了一个多机制协同驱动网络：DIBP诱导的氧化应激激活相关的信号通路，同时上调接合相关基因，导致细胞膜通透性改变并触发能量代谢重编程，这种“氧化应激-膜通透性-能量代谢”耦合模型阐明了PAEs如何放大ARG传播，为其生态风险评估提供了理论基础。
【原文链接】
SiyuanLi, Caiqing Li, Zhixiang Xu*, Guangzhou He, Yitao Ma, Hao Lu, Keying Chen, Longlong Miao, Xianyao Zheng, Xuejun Pan**, Diisobutyl phthalate at environmental concentration promotes the conjugative transfer of antibiotic resistance genes: Mechanistic insights and ecological implications. Environmental Chemistry and Ecotoxicology 2026, 8: 1079–1090. https://doi.org/10.1016/j.enceco.2026.01.013.
【期刊介绍】
Environmental Chemistry and Ecotoxicology (缩写ENCECO) 主要聚焦化学品在全球环境中的传输规律及其在生态系统中的毒性机制，生物体中的生物利用度和生物蓄积性，食物链中的生物放大，以及生态系统分析中的新技术和新方法、跨学科生态毒理学信息的处理方法等。期刊主要研究方向包括：环境化学、生态毒理学、环境修复、风险评估等。
期刊已被ESCI、Scopus、Ei Compendex、BIOSIS Previews、Biological Abstracts、CAS、DOAJ、GEOBASE等数据库收录。《2025年中国科学院文献情报中心期刊分区表》正式发布，Environmental Chemistry and Ecotoxicology 荣列大类：环境科学与生态学1区，Top期刊；小类：ENVIRONMENTAL SCIENCES 环境科学1区；TOXICOLOGY 毒理学1区。
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