农药暴露后肠道细菌的变化

How gut bacteria change after exposure to pesticides

虽然有越来越多的证据表明农药对消化系统中的微生物群具有毒性，但一项新的研究首次绘制出基于实验室和动物模型观察到的人体微生物与杀虫化学物质相互作用的具体肠道细菌变化图谱。

分析显示，十几种农药会影响人体肠道细菌的生长模式，改变肠道微生物处理营养物质的方式，并可能在某些细菌内部驻留。研究人员表示，他们所创建的“分子机制图谱”已公开，可以作为未来针对相关疾病及潜在治疗策略开展研究的重要资源。

小鼠实验表明，一种特定的肠道细菌物种能够提供部分保护，避免农药毒性带来的损害——在这种情况下，表现为减少炎症反应。这暗示了通过益生菌方法预防农药不良健康影响的可能性。

俄亥俄州立大学人类科学副教授、该研究资深作者朱江江（Jiangjiang Zhu）表示：“我们进一步了解了农药或环境污染物如何通过调节一组重要微生物来影响人类健康。”

他还提到：“我们还识别出了一些能够降解、移除或清除生物系统中某些农药的微生物，它们未来可能成为帮助人们清除因食物和水摄入而进入肠道毒性的潜在疗法，从而为改善人类健康提供更多解决方案。”

这项研究最近发表于《自然通讯》期刊。

研究结果基于对18种广泛用于全球农业的农药化合物与来自人体肠道四大主要细菌域的17种菌株之间的相互作用进行的实验室研究。这些菌株与健康维持或疾病状态相关。其中包含的农药包括滴滴涕（DDT，在美国已被禁用，但在一些国家仍用于室内控制携带疟疾的蚊子）、莠去津、氯氰菊酯和毒死蜱等。即使这些传统农药受到使用限制，其残留物仍然会在土壤和水中循环，朱教授指出。

第一作者陈力（Li Chen），朱教授实验室的高级研究员，负责管理本研究中分析的超过1万份样本，他解释说：“我们在培养皿中培养细菌并将其暴露于相关浓度的农药下，以观察微生物对这些农药暴露的响应情况。”

根据研究发现，团队开发了一个细菌-农药相互作用网络，详细说明哪些农药促进或抑制了细菌生长，以及哪些细菌吸收了农药化学物质——这是农药在体内长期存在的一种表现方式。

陈力表示：“大多数以往的环境健康研究都报告称农药污染会影响肠道细菌的整体组成。我们则证明这些农药确实会影响特定的肠道细菌，并详细描述了这些变化如何影响总体菌群结构。”

该分析鉴定了306对农药-肠道微生物组合中的特定代谢变化，进而探讨了这些改变后的生长模式和化学积累如何影响代谢产物——即分解营养物质以产生能量和其他关键功能的生化反应所产生的分子产物。代谢产物在许多方面发挥重要作用，例如改变代谢过程本身，或者发送与多种细胞功能和免疫系统激活相关的信号。

此外，研究团队进行了另一项单独分析，聚焦于一类由肠道微生物产生的其他重要分子——脂肪、油性和蜡状化合物（脂质）。这些化合物对人体许多功能至关重要。

研究人员还研究了农药暴露对健康小鼠的影响。这些小鼠事先服用抗生素以清除消化系统中的微生物。然后，研究小组向一组小鼠引入了一种常见的人类肠道细菌——卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus），并在四周的农药暴露后将它们与对照组进行比较。

结果显示，实验室观察到的现象得到了验证：农药会引发小鼠多个器官的炎症，而化学暴露后引入的细菌触发了一系列代谢活动和脂质生产的改变。具体而言，某些类别的脂质增加抑制了与氧化应激相关的蛋白质信号通路。

朱教授同时也是俄亥俄州立大学综合癌症中心分子致癌与化学预防研究项目的调查员，他指出：“我们识别出了一些可能通过某种方式缓冲炎症过程，从而调节农药对宿主毒性效应的微生物。”

他补充道：“我们知道炎症通常对身体有害。如果某种毒性物质会诱发炎症，而其他分子能够抵消这种作用，那么你可能会找到干预或预防大规模损伤的解决方案。”

在接下来的研究阶段，朱教授的实验室计划进一步解释肠道微生物代谢变化在农药暴露后如何适应各种健康和疾病状况。他预计其他科学家也会做同样的工作。

他说：“我们正在绘制农药与肠道微生物之间核心交互作用的地图。之后，其他实验室可以利用我们的发现。例如，在暴露于农药后，肠道微生物的反应可能导致下游后果，从而有助于疾病研究，最终帮助预测目标或确定干预策略。”

这项研究得到了美国国立普通医学科学研究所的支持，朱教授还获得了俄亥俄州立大学教务长Scarlet and Gray副教授计划的资助。

其他合著者包括郭超（Chao Guo）、张欢（Huan Zhang）、张世琪（Shiqi Zhang）、Andrew Gold、胡明（Ming Hu）和吴大勇（Dayong Wu），均来自俄亥俄州立大学；耶鲁大学的颜红（Hong Yan）和Caroline Johnson；中国杭州浙江科学院的狄珊珊（Shanshan Di）和王新权（Xinquan Wang）；以及约翰霍普金斯大学的王宇（Yu Wang）。

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