Titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) have been widely used as food additives in daily life. However, the impact of oral intake of TiO2NPs on the nervous system is largely unknown. In this study, 7-week-old mice were treated with either vehicle or TiO2NPs suspension solution at 150 mg/kg by intragastric administration for 30 days. Our results demonstrated that oral exposure to TiO2NPs resulted in aberrant excitement of enteric neurons, although unapparent pathological changes were observed in gut. We also found the richness and evenness of gut microbiota were remarkably decreased and the gut microbial community compositions were significantly changed in the TiO2NP-treated group as compared with vehicle controls. Interestingly, oral exposure to TiO2NPs was capable to induce the inhibitory effects on locomotor activity, but it did not lead to significant change on the spatial learning and memory ability. We further revealed the mechanism that TiO2NPs could specifically cause locomotor dysfunction by elevating the excitement of enteric neuron, which might spread to brain via gut-brain communication by vagal pathway. However, inflammation response, enteric neurotransmitter 5-HT and major gut peptides might not be involved in this pathological process. Together, these findings provide valuable insights into the novel mechanism of TiO2NP-induced neurotoxicity. Understanding the microbiota-gut-brain axis will provide the foundation for potential therapeutic or prevention approaches against TiO2NP-induced gut and brain-related disorders.

中文翻译：

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二氧化钛纳米颗粒通过口服暴露会导致成年小鼠肠道微生态和运动活动的不利干扰。

二氧化钛纳米粒子（TiO2NPs）已被广泛用作日常生活中的食品添加剂。然而，口服 TiO2NPs 对神经系统的影响在很大程度上是未知的。在这项研究中，7 周大的小鼠用 150 mg/kg 的载体或 TiO2NPs 悬浮溶液通过灌胃给药 30 天。我们的研究结果表明，尽管在肠道中观察到不明显的病理变化，但口服暴露于 TiO2NPs 会导致肠道神经元异常兴奋。我们还发现，与载体对照组相比，TiO2NP 处理组肠道微生物群的丰富度和均匀度显着降低，肠道微生物群落组成发生了显着变化。有趣的是，口服暴露于 TiO2NPs 能够诱导对运动活动的抑制作用，但它并没有导致空间学习和记忆能力的显着变化。我们进一步揭示了二氧化钛纳米粒子通过提高肠道神经元的兴奋度来特异性引起运动功能障碍的机制，肠道神经元可能通过迷走神经通路的肠-脑通讯传播到大脑。然而，炎症反应、肠神经递质 5-HT 和主要肠道肽可能不参与这一病理过程。总之，这些发现为 TiO2NP 诱导的神经毒性的新机制提供了有价值的见解。了解微生物-肠-脑轴将为针对 TiO2NP 诱导的肠道和大脑相关疾病的潜在治疗或预防方法奠定基础。我们进一步揭示了二氧化钛纳米粒子通过提高肠道神经元的兴奋度来特异性引起运动功能障碍的机制，肠道神经元可能通过迷走神经通路的肠-脑通讯传播到大脑。然而，炎症反应、肠神经递质 5-HT 和主要肠道肽可能不参与这一病理过程。总之，这些发现为 TiO2NP 诱导的神经毒性的新机制提供了有价值的见解。了解微生物-肠-脑轴将为针对 TiO2NP 诱导的肠道和大脑相关疾病的潜在治疗或预防方法奠定基础。我们进一步揭示了二氧化钛纳米粒子通过提高肠道神经元的兴奋度来特异性引起运动功能障碍的机制，肠道神经元可能通过迷走神经通路的肠-脑通讯传播到大脑。然而，炎症反应、肠神经递质 5-HT 和主要肠道肽可能不参与这一病理过程。总之，这些发现为 TiO2NP 诱导的神经毒性的新机制提供了有价值的见解。了解微生物-肠-脑轴将为针对 TiO2NP 诱导的肠道和大脑相关疾病的潜在治疗或预防方法奠定基础。肠神经递质 5-HT 和主要肠道肽可能不参与这一病理过程。总之，这些发现为 TiO2NP 诱导的神经毒性的新机制提供了有价值的见解。了解微生物-肠-脑轴将为针对 TiO2NP 诱导的肠道和大脑相关疾病的潜在治疗或预防方法奠定基础。肠神经递质 5-HT 和主要肠道肽可能不参与这一病理过程。总之，这些发现为 TiO2NP 诱导的神经毒性的新机制提供了有价值的见解。了解微生物-肠-脑轴将为针对 TiO2NP 诱导的肠道和大脑相关疾病的潜在治疗或预防方法奠定基础。