环境污染对肠道微生物群的影响外文翻译资料

 2022-06-07 09:06

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环境污染对肠道微生物群的影响

作者：金元祥，吴思成，曾朝阳，傅正伟

浙江理工大学生物技术与生物工程学院，杭州310032

关键字: 环境污染物、肠道菌群、毒性、健康状况

摘要

近几十年来，环境污染物已成为一种日益普遍的健康危害。最近，一些研究表明肠道微生物群与我们的健康有着深刻的关系。肠道微生物对药物、饮食甚至环境污染物非常敏感。在本文综述了抗生素、重金属、持久性有机污染物、农药、纳米材料和食品添加剂等环境污染物对肠道微生物的影响及其对健康的后续影响。我们强调肠道菌群对于环境污染的毒性评价也是必不可少的。在未来，更多的研究应该集中在环境污染、肠道微生物群与人类健康的关系。

1. 介绍

最近，我们开始意识到人类肠道中蕴藏着巨大数量和多样的微生物，以及微生物群对我们的健康有多重要。整体来说，肠道微生物群基因组编码超过330万个基因，使得微生物基因组大约是人类基因组的150倍(Qin等人，2010)。在肠道微生物群中发现了数以千计的物种，其中大多数都在肠道微生物群中。f这些种类属于六个细菌门：头状花序，细菌，放线菌，蛋白质细菌，镰刀菌和维氏菌(Eckburg等人，2005)。肠道微生物群具有高度的动态性，个体间和个体内差异较大。不同基因型的人地理位置、生活方式和年龄都有不同的肠道微生物群，单卵双胞胎之间甚至存在着微生物学差异(yatsunenko等人，2012；Goodrich等人，2014)。

我们出生后，微生物学的差异开始显现。婴儿在分娩后立即接种微生物，在出生后的第一年，微生物群发生了巨大的变化。在2.5岁时，生态小体就像成人一样，后来一直相对稳定，直到老年(Clemente等人，2012)。

肠道微生物对宿主的健康是非常必要的。它们参与调节许多生理功能。肠道微生物群存在于我们的肠粘液层，甚至参与了塑造粘液层(Jakobsson等人，2015)。它们帮助我们消化食物(如纤维)；合成维生素和氨基酸(Spanogiannopoulos等人，2016)；在环境中发挥非常重要的作用。代谢和储存、免疫系统调节、生长和神经发育；甚至可以调节我们的行为(RoundandMazmanian，2010；Diaz Heijtz等人，2011；Clemente等人，2012；萧)等人，2013；yano等人，2015；Charbonneau等人，2016)。许多疾病的发生与肠道微生物组分的改变有关(Lange等人，2016)。肠道微生物类群失调被认为是肥胖的潜在原因(Cani等人，2007；Fe和赵，2013)。然而，肠道微生物对药物、饮食和环境非常敏感。

污染物质（尤指工业废物）

近年来，对环境污染物对动物影响的健康关切有所增加(Kim等人，2010，2016年f；叶等人，2010；Liu等人，2016年b；Tu等人，2016)。尽管莫斯环境污染物并不直接针对肠道微生物，

一些污染物可以通过不同的途径进入人体并与肠道微生物群相互作用。以前的一些研究表明，暴露在环境污染物中可以改变环境污染。肠道微生物群的作用，导致能量代谢、营养吸收和免疫系统功能紊乱或产生其他毒性症状(Kim等人，2015；Zhang等人，2015）。在本综述中，我们认为不同类型的环境污染物可引起肠道菌群失调，对动物健康的多种潜在的不利影响。我们分析有机污染物引起的肠道微生物组成的变化及其对健康的影响，为污染物毒性的研究提供了新的视角。

2. 抗生素

在过去的50年里，世界各地开发了大量用于人类和兽医的抗生素(布鲁塞尔猪，2015)。因为它们在人体中不完全吸附而动物，很大一部分被摄入的抗生素是通过粪便或尿液排出到环境中的(Sarmah等人，2006)。越来越多的研究发现在自然环境中发现多种抗生素，包括中国和其他国家的河流和湖泊沉积物、地表水、农业土壤和废水(董等，2)。费罗等人，2016；钱等人，2016；徐等人，2016)我们现在知道，人类和动物除了故意使用药物外，还可以通过多种途径被动地摄入抗生素。是的。一般来说，抗生素直接针对构成微生物群的微生物；因此，即使浓度很低，动物肠道微生物的组成也会发生变化。一些抗生素。因此，人们认为环境抗生素引起的肠道微生物群失调与人类健康密切相关。

毫无疑问，强效抗生素会对肠道微生物产生复杂的影响。以前的研究发现抗生素治疗并没有减少肠道微生物的总数，而是减少了肠道微生物的数量。用红色表示人类和动物中某些物种的相对数量(CHO等人，2012；Buffie等人，2015；Russell等人，2015)。此外，抗生素的暴露通常会改变微生物群，通过增加或减少多样性(vrieze等人，2014)。

更重要的是，抗生素对人类肠道微生物的影响可以持续几年。作为Jakobsson等人。(2010)报告克拉霉素与甲硝唑持续治疗对肠道微生物组成进行了长达4年的研究。在婴儿完成抗生素治疗后，虽然某些方面的微生物成分恢复到了预处理水平，一些细菌物种被永久改变(Fouhy等人，2012)。这种变化对婴儿是有害的，因为它会扰乱婴儿的早期发育。此外，一点细微的差别可以使b在两种环丙沙星治疗之间的个体微生物群组成中进行鉴定(Dethefsen和Relman，2011)。

接触某些抗生素会增加某些疾病的严重程度。例如，艰难梭菌，抗生素引起的腹泻的主要原因，可以大大增加发病率和住院病人死亡率。使用两种最广泛使用的抗生素，克林霉素和氨苄西林，可增加患者对艰难梭菌衰老的易感性。胆汁酸代谢的二级调节因子--灵梭菌(Buffie等人，2015)。链霉素治疗可提高两种细菌家族卟啉单胞菌的水平。EAE和Bacteroidaceae的存在与小鼠对肺炎(Russell等人，2015)和结肠炎(Ferreira等人，2011)的易感性或过敏反应呈正相关。治疗手段甲硝唑通过降低厌氧菌的组成，降低小鼠结肠内黏液层，从而增加对牙本质雪铁氧菌诱导的结肠炎的易感性。增加耐气细菌的组成，包括乳酸菌(Wlodarska等人，2011)。

抗生素治疗也增加了大肠杆菌等致病菌的侵袭(Sekirov等人，2008；Looft和Allen，2012)，而耐药性基因在肠道中得到丰富。抗生素治疗后的微生物群(Jernberg等人，2007；Jakobsson等人，2010；Looft等人，2012；Yang等人，2016)。

此外，一些非微生物驱动的疾病会更频繁地发生，因为抗生素治疗。小鼠早期服用万古霉素通过增加TH促进过敏性哮喘的发生乳杆菌科和维氏菌科的丰富度，这些微生物群的变化与Treg细胞减少有关(Russell等人，2012)。最近，一项研究报告，口服联合使用链霉素、大肠杆菌素、D氨苄西林或万古霉素单独治疗增加了小鼠胰腺b细胞死亡后I型糖尿病的发病率。万古霉素治疗小鼠提高大肠杆菌、Lact水平芽孢杆菌属和苏特氏菌属，属梭菌纲和Lachnospiraceae、Prevotellaceae和Rikenellaceae。联合抗生素治疗Eent导致肠道微生物群几乎完全消融(Candon等人，2015)。这些微生物体结构的改变与白细胞介素(IL)的出现密切相关-回肠和结肠固有层产生17细胞，表明肠道微生物在免疫平衡中起着非常重要的作用(Candon等人，2015)。

然而，抗生素引起的肠道微生物群的改变有时会对疾病产生有益的影响。囊性纤维化是一种常染色体隐性疾病，可引起肠道细菌过度生长。h(Lisowska等人，2009)。链霉素治疗(200 mg/L饮用水)9周，通过减少肠道细菌过度生长，通过减少T细胞分布来改善这种疾病。乳酸菌丰富，增加肺和肠系膜淋巴结中免疫细胞的水平(Bazett等人，2016)。给肝硬化患者服用利福昔明可降低ab消除植物科植物，增加红藻科的丰富度。这些微生物成分的变化改变了患者的代谢状况，减少了疾病的严重性(Bajaj等人，2013，2014)。诺氟沙星可减少肝硬化患者的细菌易位，改善肠屏障功能，减少发生海绵状疾病的风险。细菌性腹膜炎(Gomez-Hurtado等人，2014)。早在20世纪50年代，农民就开始使用抗生素来促进牲畜的生长。最近，越来越多的证据表明抗生素可以通过影响肠道微生物来影响能量代谢。

例如，早期给小鼠注射小剂量青霉素，通过降低乳酸菌、念珠菌、阿尔陀罗的含量，增强代谢表型，促进脂质积累。mitus，and alobaculum(Cox等人，2014)。另一份报告显示，给小鼠注射青霉素G、红霉素或两者(饮用水中60/10毫克/毫升，6/14周，总浓度)c能增加脂质的积累和诱导炎症反应。所有这些治疗降低门/门的比例（Jinet al.，2016d）。这种改变的代谢表型可以被转运。推测为无菌寄主(Cox等人，2014)。万古霉素治疗肥胖男性代谢综合征降低次生胆汁酸生成和外周胰岛素革兰氏阳性细菌(主要是第一菌)和革兰氏阴性菌(主要是蛋白质细菌)的敏感性和原因减少(vrieze等人，2014)。亚治疗性抗炎早期给药增加了幼鼠的脂肪质量，增加了幼龄雌性小鼠的体重。此外，这种处理大大增加了费米库特a的丰度。ND引起结肠短链脂肪酸水平的增加(CHO等人，2012)。环境中残留的抗生素可能会导致肥胖症的高发在发达国家。然而，观察到的体重增加可能经常不在控制实验条件下，动物繁殖（dumonceaux et al.，2006；林等，2013）。

我们的结论是，抗生素容易导致肠道微生物群失调，并对健康造成不良影响。由于抗生素的广泛应用，相对高浓度的抗生素被广泛应用。环境教育，特别是在一些发展中国家。人和动物可能是被动的，但也是长期的，接触低浓度的抗生素来自环境。内蒙。因此，环境衍生抗生素对人类和动物的健康风险不容忽视。

3.重金属

近年来，环境中的重金属已成为一种严重的健康风险(Liu等人，2016年a)。重金属作为环境污染的一种常见形式，与多种有毒物质密切相关。C效应，包括致癌、氧化应激和DNA损伤，以及对免疫系统的影响(Valko等人，2006；Bajaj等人，2013；Kim等人，2016年b，2016年c，2016年e；Yu等人，2016)。里斯有几项研究指出，重金属暴露也会导致肠道微生物群失调，这表明了对肠道的研究。微生物群为分析重金属毒性机制提供了一种新的途径。

砷是一种已知的致癌物(Wang和Mulligan，2008)，是一种常见的有毒污染物，广泛分布于我们的环境中(Bhattacharya等人，2007)。砷常附着在固体表面面对砷酸[形式（V）]（阿拉瓦et al.，2012）。在摄入As(V)后，肠道微生物群暴露于砷会导致硫醇化和甲基化(Rubin等人，2014)。

在美国，估计多达2500万人饮用含砷浓度高于10毫克/升的水，因为私人井没有受到环境保护A的监测机构或其他机构（Kozul et al.，2009）。根据此前的报道，曝光一批如皮肤、膀胱、肺疾病有关，癌和肝癌；糖尿病和心血管疾病；眼疾(Van de Wiele等人，2010；Hughes等人，2011)。此外，10 mg/L的砷暴露4周后，小鼠的微生物组分和代谢物谱也明显受到干扰(Lu等人，2014)。一般情况下，当As暴露后，第一通道的丰度显著降低，而细菌的丰度则显著增加。Lu等人(2014)也观察到这些变化ES与脂代谢产物、吲哚代谢物、异黄酮代谢物、胆汁酸代谢物密切相关。

此外，Dheer等人(2015)观察到长期接触砷可引起小鼠结肠微粒体结构和成分的改变，促进雄性MI的氮和氨基酸代谢。镉(Cd)被广泛用于制造许多产品，如电池、金属电镀、颜料和塑料(Alghasham等人，2013)。我们观察到高浓度的镉在水生系统、沉积物和土壤中，特别是在中国等发展中国家(Zhai等人，2008；Zhang等人，2014)。据报道，镉的毒性与致癌、肝毒性、氧化应激和I有关。多边毒性(Waalkes，2003；Thijssen等人，2007；Bajaj等人，2013；Chaudhary等人，2015；Kim等人，2015A，2016年b；Liu等人，2015)。最近，我们观察到男性麦克风的亚慢性暴露低剂量镉(饮用水中10 mg/L)10周可降低盲肠内细菌和细菌的相对丰度，增加盲肠内细菌的相对丰度。d粪便(实时定量PCR和16S RNA基因测序)。肠道微生物组分的这些改变与较高水平的脂多糖(LP)有关。(S)在血清中，肝脏炎症，甚至能量代谢失调的雄性小鼠(Zhang等人，2015)。

铅(Pb)也是一种毒性很高的金属，没有经过疾病控制和预防中心鉴定的安全血液水平(Betts，2012)。事实上，环境铅是一种普遍存在的全球健康危害。由于其广泛应用于各种消费品，如汽油中的四乙基铅。由于它在空气、土壤、水、旧油漆和食物中的持久性，人类和动物都可以吸收。铅通过摄入、吸入和皮肤吸收。铅中毒还与肥胖的发展有关，因为它中断了能量的产生和其他代谢过程。S(贝尔等人，2016)。最近的一份报告显示，围产期铅(饮用水中32毫克/升)暴露40周后，成年雄性小鼠体重增加，而雌性小鼠体重增加(Wu等人，2016)。有趣的是，铅暴露后的微生物群中没有观察到显著的性别效应：细菌/头状花序的比例下降；脱硫弧菌科、Barnesiella和C的丰度减少。XIVb在家庭水平上增加，铅暴露后乳球菌、肠杆菌和铜绿假单胞菌的丰度下降。此外，珠心阿克曼，这是唯一的。Akkermansia属的物种和帮助构建肠粘液层的细菌(Lukovac等人，2014)在接触铅的小鼠中几乎检测不到。这些微生物群变化很大。与雄性小鼠体重增加有关(Wu等人，2016)。

4.持久性有机污染物

持久性有机污染物(POPs)包括有机氯农药、多氯联苯(PCBs)、多溴二苯醚和多环芳烃(PAHs)。长时间的，半易变的，毒性很高，可以在生物组织中积累。对持久性有机污染物给予了特别关注，因为它们是导致全球肥胖率、糖尿病率上升的众多因素之一，近年来的自身免疫性疾病和一些发育障碍(Neel和Sargis，2011；jin等人，2014)。进食食物和水被视为主要的接触途径；因此，重要的是

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