水生所在污染物通研究中取得进展

发布时间：2021-01-11 17:15 原文链接：水生所在污染物通研究中取得进展

　　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著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，为类二噁英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。

　　PCB126暴露对肠肝轴胆汁酸代谢的干扰作用（图1）

　　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暴露显著影响微生物-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著下降，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。

　　相关研究成果以Disturbances in Microbial and Metabolic Communication across the Gut-Liver Axis Induced by a Dioxin-like Pollutant: An Integrated Metagenomics and Metabolomics Analysis为题，发表在Environmental Science & Technology上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院水生所知识创新工程青年人才领域前沿项目、淡水生态与生物技术国家重点实验室的资助。