早期接触常见化学物质会永久破坏肠道微生物群

宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一项新研究表明，幼年时期接触环境中的“永久性化学物质”会永久性破坏小鼠的肠道微生物群，导致其在晚年患上代谢性疾病。该研究结果于今日(8 月 14 日)发表在《 环境健康展望》杂志上，表明人类幼年时期接触这些化学物质可能导致近期代谢紊乱的流行，包括成年人肥胖和 2 型糖尿病。

研究人员特别关注了 2,3,7,8-四氯二苯并呋喃 (TCDF)，这是一种广泛存在的持久性有机污染物 (POP)，是垃圾焚烧、金属生产以及化石燃料和木材燃烧的副产品。TCDF 在食物链中积累，人类主要通过食用高脂肪食物(如肉类、乳制品和一些鱼类)接触 TCDF。婴儿则可能通过食用母乳接触 TCDF。

“持久性有机污染物在环境中无处不在，几乎所有生物都曾接触过这些化学物质，”宾夕法尼亚州立大学分子毒理学和生物化学与分子生物学教授Andrew Patterson说道。“这些化学物质对健康的负面影响已得到充分证实，包括出生缺陷和癌症。我们的研究首次表明，生命早期接触一种名为 TCDF 的持久性有机污染物也会破坏肠道微生物群，并与生命后期的代谢紊乱有关。”

研究小组在两组老鼠身上研究了 TCDF 的影响——一组是测试组，即接受 TCDF 治疗的老鼠;另一组是对照组，即未接受治疗的老鼠。研究小组给四周大的老鼠喂食含有 0.46 微克 TCDF 的药丸或不含任何 TCDF 的对照药丸，持续五天。虽然 0.46 微克的含量高于人类饮食中的含量，但还不足以引起中毒疾病。

“在我们的研究中，我们使用的剂量与典型的人类暴露量相比相对较高;然而，我们可以利用这些信息来确定新的毒性高点，包括肠道微生物群，并开始推断在更低剂量下可能发生的情况，”帕特森说。“当然，我们还必须考虑这些持久性有机污染物的复杂混合物如何与我们和我们的微生物伙伴相互作用，因为单次接触并不能完美模拟现实生活中的情景。”

接下来，研究人员检查了动物的肠道微生物群，以及动物健康的几个指标，包括体重、葡萄糖耐量、肝脏中的甘油三酯含量和粪便中的粘液，以及其他代谢疾病的标志物。他们在 TCDF 五天疗​​程后立即收集了这些数据，以及最后一次服药后三个月收集了这些数据。在人类中，这些时间点相当于婴儿和青年成人。

“我们发现，生命早期接触 TCDF 会永久性地破坏野生型小鼠的肠道微生物群，”论文第一作者、宾夕法尼亚州立大学副教授袁田说道。“我们还发现，这些小鼠在四个月大时体重增加，并且葡萄糖不耐受。”

为了进一步探索 TCDF 对肠道微生物组的影响，科学家们将 TCDF 破坏的微生物组小鼠的肠道微生物组移植到没有微生物组的小鼠身上，并测量了它们的健康状况。他们发现，移植的小鼠出现了代谢紊乱，这表明改变的微生物组是导致代谢疾病的原因。

“这些结果表明，早期接触 TCDF 可能会导致肠道微生物群功能紊乱，并在成年后影响健康，甚至在 TCDF 从体内消除之后也是如此，”田说。

她解释说，肠道微生物群紊乱的特点是某些细菌种类的减少，包括阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)，这种细菌也通常存在于人类肠道微生物群中。

“这很重要，因为阿克曼氏菌 被认为对整体肠道健康很重要，但现在我们知道它可能会受到 TCDF 的不利影响，”田说。

为了研究 Akkermansia muciniphila 对健康结果的影响，研究小组尝试将这种细菌作为益生菌给接受 TCDF 治疗的小鼠服用。益生菌将微生物群恢复到正常状态。

“我们的研究结果表明，这些细菌受到有毒物质的影响，在调节健康结果方面发挥着重要作用，”帕特森说。“通过更多的研究，我们有一天可能会通过补充益生元和益生菌将人体微生物群恢复到最佳状态。”

这篇论文的其他宾州州立大学作者包括生物化学和分子生物学助理教授 Jordan Bisanz、助理研究教授 Imhoi Koo、助理研究教授 Iain Murray、助理研究教授 Shigetoshi Yokoyama、助理研究教授 Sergei Koshkin、研究生 Bipin Rimal、研究技术员 Wei Gui、研究生 Shaneice Nettleford、博士后研究员 Fangcong Dong、兽医和生物医学科学系主任 Sandeep Prabhu 以及农业科学 H. Thomas 和 Dorothy Willits Hallowell 主席 Gary Perdew。其他作者包括蒙大拿州立大学研究生 Trenton Wolfe、加州大学旧金山分校微生物学和免疫学教授 Peter Turnbaugh 以及蒙大拿州立大学微生物学和免疫学教授 Seth Walk。