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污染物通过芳香烃受体干扰肠道菌群和宿主健康研究取得进展

2021年01月12日 23:19来源:未知手机版

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肠道微生物在维持宿主健康方面发挥重要作用,紧密调控着宿主生物一系列生理代谢活动,如能量代谢、免疫功能、神经行为等。然而,环境持久性有机污染物会显着干扰肠道微生物群落,进而影响宿主生理健康。然而,目前污染物如何影响肠道微生物和宿主健康缺乏机理研究。

近日,中国科学院水生生物研究所研究员陈联国团队发现PCB126介导的AhR通路激活会明显干扰肠道微生物的生理代谢活动,沿肠肝轴扰乱胆汁酸及维生素的跨器官信号网络。该研究为AhR调控肠道微生物与宿主相互作用提供了深层次证据,为类二恶英POPs的环境健康危害及风险评估提供了理论依据。

前期研究发现,芳香烃受体(AhR)在调节污染物的肠道菌群失调效应中起关键作用(Chen et al., 2018, Environ. Sci. Technol. 52, 2323-2330),而肠道微生物可能是AhR通路的直接作用对象(Sun et al., 2019, Environ. Pollut. 255, 113357)。基于此,本研究采用成年斑马鱼为模式生物,急性暴露于2nM PCB126(一种模式AhR通路激活剂)。暴露结束之后,综合运用宏基因组学及代谢组学等分析方法,系统研究AhR通路激活后、跨微生物-肠道-血液-肝脏信号网络的变化,旨在阐明PCB126激活AhR信号在肠肝轴(gut-liver axis)的传导模式和机制。

粪便宏基因组分析表明,PCB126抑制了雄鱼肠道中与初级胆汁酸代谢相关的微生物活动,从而阻碍了初级胆汁酸向次级胆汁酸的转化,导致雄鱼肠道中初级胆汁酸浓度升高,肝脏内胆汁酸主要合成途径被抑制(cyp7a1)。在雌鱼中,PCB126暴露同样干扰肠道微生物的胆汁酸代谢功能,导致肠道内初级胆汁酸浓度升高,法尼酯X受体(FXR)通路激活。

PCB126暴露对肠肝轴维生素代谢的干扰作用

宏基因组和代谢组分析均表明,PCB126暴露显着影响微生物-肠道-血液-肝脏系统内多种必需维生素的合成与代谢(如视黄醇、维生素B6和叶酸等)。在雄鱼肠道内,PCB126抑制维生素B6的细菌降解,导致维生素B6活性代谢产物浓度升高,其降解产物浓度下降(4-pyridoxic acid)。异常高浓度的维生素可能引起细胞毒性,损害鱼体健康(图2)。在雌性肠道内,PCB126抑制了多种必需维生素的微生物代谢活动,包括视黄醇、维生素B6和叶酸等(图3),导致其活性代谢产物在斑马鱼肠道和血液中的浓度显着下降,形成系统性缺乏。

科研人员主要采用宏基因组和代谢组学分析方法,针对AhR信号通路介导污染物对肠道微生物和宿主健康开展进一步研究。主要结论如下:(1)PCB126激活AhR通路,干扰肠道菌群的组成、丰度、多样性和代谢功能;(2)PCB126压力下,微生物调节的胆汁酸代谢转化功能被抑制,肠道内初级胆汁酸蓄积;(3)多种必需维生素的微生物合成和降解活动被抑制,雄性斑马鱼维生素B6累积,而雌性斑马鱼多种必需维生素缺乏;(4)PCB126通过AhR通路干扰微生物-肠道-血液-肝脏组织系统的代谢信号交流。(生物谷Bioon.com)

 

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