农药使用对肠道微生物群和健康的影响：人类和动物模型研究结果的系统性综述
背景/目的： 现代农业中农药的广泛使用引发了人们对其潜在不利健康影响的日益关注。接触这些化合物已被证明与多种负面健康结果相关联。本系统性综述旨在评估和综合关于农药暴露对农业生产中人类健康影响的现有科学证据——特别强调肠道微生物群和肠膜通透性的变化——通过整合在动物和人类身上进行的实验性和观察性研究结果。方法： 本系统性综述根据PRISMA指南进行。使用主要数据库Medline/PubMed、Embase和Web of Science进行了系统的文献搜索，引入搜索算法"pesticides" AND "gut microbiota"，共找到7篇符合纳入标准的系统性综述并进行分析。质量评估基于循证医学原则。该系统性综述已在OSF注册。结果： 研究结果表明，产前接触农药与胎儿发育不良结果相关。此外，农药暴露通过改变肠道微生物群组成和膜通透性，影响代谢、免疫和神经系统功能。动物模型研究的证据通过提供对潜在生物学机制的见解（如氧化应激、肝功能障碍、激素信号改变和炎症反应激活）补充了人类数据。结论： 公共卫生策略应优先考虑减少农药暴露，加强环境保护，并支持对肠道微生物群调节和肠膜通透性的进一步研究。这些措施可能有助于预防和减轻与农药相关的健康障碍。局限性： 人类数据不足以建立明确的因果关系。此外，不同农药类型之间的实质性差异以及难以区分复杂混合物与单一化合物的影响，使研究结果的解释变得复杂。
关键词： 农药暴露；人类健康；动物健康；肠道微生物群；菌群失调；疾病
1. 引言
农药是用于消除害虫和昆虫的天然或合成化学物质，对提高农业生产力至关重要[1,2]。它们增加作物产量并保护植物免受疾病和损害。农药分为多种不同类别，如除草剂、杀虫剂、杀菌剂、杀软体动物剂、杀卵剂、杀螨剂、杀鼠剂和杀线虫剂，其中杀菌剂、杀虫剂和除草剂使用最为广泛[1,2,3,4]。农药的广泛使用代表了普通人群接触有毒化合物的主要来源之一，构成了重大的环境毒理学问题[2,3,5]。这些化学制剂旨在消除被认为有害的生物[5]。然而，如果暴露是慢性的或涉及多种产品的联合暴露，它们可能会干扰人类的多种生物过程[6,7,8]。大量研究表明，农药毒性通过氧化应激、胆碱能神经传递改变、内分泌干扰和基因毒性损伤等机制发生[9,10,11,12]。农药暴露的后果范围广泛。可能包括呼吸系统或神经肌肉毒性的急性效应，以及与神经退行性病理和生殖障碍相关的慢性疾病[2,5]。研究还记录了农药对人类健康和非目标生物的累积毒性效应，以及它们的生物累积能力，这与内分泌干扰和暴露人群中慢性疾病的发展相关[2,13]。
分子生物学和微生物学的进展凸显了肠道通透性和肠道微生物群在全身健康和疾病发展中的关键作用[14,15]。肠道微生物群通过执行对生理平衡至关重要的保护、结构和代谢功能，在维持稳态和人类健康方面发挥着根本作用，包括产生生物活性代谢物、免疫调节和维持上皮屏障完整性[16,17]。肠粘膜层通过调节粘液分泌和细菌降解作为身体的第一道防线，从而限制对抗原和促炎分子的暴露[18]。此外，特定的细菌群落加强了上皮细胞之间的紧密连接，防止大分子和内毒素进入血液[19,20]。肠道微生物群主要通过调节免疫系统、调节肠脑轴、合成维生素和生物活性代谢物、保护肠道屏障以及促进肠道蠕动来发挥作用[21,22]。通过这些机制，肠道微生物群影响免疫炎症反应、能量代谢和神经内分泌通信，从而在整体人类健康中发挥决定性作用[23,24]。肠道微生物群失衡（菌群失调）与胃肠道[25,26,27]、代谢[28,29]、心血管[30,31]、神经退行性疾病[32]以及自身免疫疾病和癌症[33,34]的易感性增加相关。农药暴露导致与胃肠道微生物群变化相关的各种微生物分类群丰度发生显著变化。这种现象主要表现为机会性病原体的增殖，而有益和常驻细菌属（如乳酸杆菌和双歧杆菌）减少，导致肠道菌群失调[35,36]。这一变化已在接触有机磷酸酯的动物模型中得到广泛记录。同样，对接触有机磷酸酯的人类的研究表明，环境农药暴露不仅改变了细菌的分类组成，还改变了其代谢途径。这些修饰影响基本的细胞过程和细胞化合物的生物合成[37,38]。
关于其对肠道通透性和炎症的影响，农药引起的菌群失调可能会损害肠道屏障的完整性。这会降低紧密连接蛋白的表达，并促进微生物成分（如脂多糖）进入血液[39]。这种增加的肠道通透性（菌群失调）促进了系统性炎症途径的激活和低度慢性炎症，这是代谢综合征和2型糖尿病以及心血管疾病的病理生理学核心[40]。关于微生物代谢物和信号传导的破坏，农药引起的微生物群变化会影响其产生的代谢物谱，如短链脂肪酸和其他生物活性化合物。这些代谢物调节免疫、代谢和神经内分泌功能[35]。这些代谢物的调节改变可能有助于促炎过程、胰岛素抵抗和系统性代谢功能障碍（这些都是慢性疾病发展的关键因素）[35,41]。微生物失衡可能同时导致全身炎症和免疫功能障碍[28,32]以及与毒物相关的病理[25]。在此背景下，肠道微生物群不仅调节消化健康，还通过参与环境异生物质的生物转化和部分解毒来介导对环境异生物质的毒性反应，这是当代毒理学中一个具有重大兴趣的新兴领域[29]。大量研究记录了有机磷酸酯、氨基甲酸酯和新烟碱类农药对肠上皮和肠道微生物群的破坏性影响[9,42,43,44]。这些药剂可以改变细菌群落结构，改变肠道通透性，并创造与氧化应激和线粒体功能障碍相关的促炎状态[45,46]。这些变化不仅与成人慢性疾病风险增加相关，而且由于产前暴露可以通过表观遗传和微生物学机制对胎儿发育产生不利影响，因此还与跨代效应相关[47,48,49]。
尽管已实施监管措施以减少暴露水平，但某些有机氯化合物的持久性和在控制不佳的环境中继续使用农药仍然是重大的公共卫生问题[50]。在此背景下，本文提供了从人类和动物模型的实验性和观察性研究的系统性综述中得出的科学证据概述，特别关注由肠道微生物群和肠膜通透性变化引起的慢性疾病。目标是评估和综合来自人类和动物模型的实验性和观察性研究的系统性综述中可用的科学证据，特别关注与肠道微生物群和肠膜通透性变化相关的慢性疾病。此外，本综述旨在提供最新且稳健的概述，以指导未来研究和公共卫生政策。研究问题使用PICO框架定义：
P（人群/参与者）：暴露于农业生产的农药的人类，以及在遗传、生物或行为上与人类相似的动物模型。
I（干预/暴露）：通过职业、环境或饮食接触急性或慢性暴露于农药。
C（比较）：无暴露或最低限度暴露于农药的人群或动物模型。
O（结果）：与肠道微生物群变化相关的改变，包括肠道屏障通透性的变化，及其与慢性疾病发展的关系。
因此，研究问题被表述如下：根据现有科学证据，农业农药暴露对人类健康的影响是什么，这些影响如何通过在可比较的动物模型和人类中肠道微生物组的改变来介导？为了系统地界定和组织关于这一主题的现有科学证据，对2018-2025年期间发表的系统性综述进行了概述。系统性综述通过对特定主题的现有科学文献进行严格和客观的总结，将多个独立研究整合到一份文件中，由专家进行批判性评估。证据质量根据循证医学原则以及Reyna等人[51]、Galarza和Cruz[52]以及Davidoff等人[53]的指南进行评估。优先考虑纳入系统性综述，因为它们构成了最高级别的科学证据之一。我们验证了综述具有明确定义的目标、明确的搜索策略、透明的纳入标准以及结果的结构化综合。尽管未使用正式的偏倚风险评估工具，但限制纳入在同行评审期刊上发表的系统性综述作为一种间接方法减少了潜在的方法学偏倚。
2. 方法
2.1. 研究设计
按照PRISMA（系统性综述和荟萃分析的首选报告项目）指南进行了一项系统性文献综述，以确保在研究、选择和分析研究方面的透明度、可重复性和方法严谨性。
该过程在几个明确定义的阶段中进行。首先，使用与农药、人类和动物暴露及其对健康的相关影响相关的关键词和MeSH术语对相关科学数据库进行了详尽的搜索。然后，根据预先定义的纳入和排除标准选择系统性综述，重点关注提供农药暴露与肠道微生物群变化之间关系直接证据的研究，包括肠道屏障通透性的变化及其与疾病发展的关联。
选定系统性综述后，提取了相关数据，包括有关农药、研究设计、人群、健康改变、结果变量、主要发现和结论的信息。
最后，系统地综合了结果，以提供对农药对人类和动物健康影响的全面和客观评估，并为旨在预防和减轻与农药暴露和消费相关的疾病的公共卫生措施提供信息。
2.2. 搜索策略
对2018年至今发表的科学文献进行了全面搜索，使用Medline/PubMed、Embase和Web of Science数据库。目的是收集关于农药暴露与健康之间关系的最相关信息。为确保证据评估和分析的一致性，仅包括以英文发表的全文系统性综述。
最初，通过将关键概念与布尔运算符AND和OR组合来进行搜索。初始搜索算法使用术语("pesticides") AND ("disease" OR "illness") AND ("gut microbiota")建立。该策略产生了许多结果（10,850个），尽管它们与感兴趣的主题关系非常异质。最后，搜索被优化以专门关注农药和肠道微生物群之间的关系，使用最终语法：("pesticides") AND ("gut microbiota")。
为确保最高质量的科学证据，仅包括对应于I级证据的系统性综述。这些综述整合了所有相关随机临床试验的结果，并由该领域的专家进行批判性审查。
综述分两个阶段进行；2024年6月至9月底，以及2025年1月至5月底。遵循系统和结构化的程序，以确保获得的结果全面且有效。先前的搜索在不同时间进行，并作为在上述期间执行的搜索的基础，遵循关于本文件中提出的研究所做的最终决定。该系统性综述于2025年12月20日在开放科学框架（OSF）注册（注册号：osf.io/jruh5）。
2.3. 纳入标准
纳入标准仅考虑包括人类观察性研究和与人类相关的动物模型（主要是大鼠和小鼠）实验性研究的系统性综述。仅包括以英文撰写的全文可用的文章。特别解决农药引起的肠道微生物群和与慢性疾病相关的肠屏障通透性变化的系统性综述被认为有资格纳入。
排除了涉及持久性有机污染物、金属、内分泌干扰物和塑料物质的系统性综述，以及传统农业中未使用的其他物质的综述。还包括排除了对鸟类或其他特征与人类差异显著的动物的实验性研究的综述。
2.4. 文章选择
首先，使用上述"搜索策略"部分中描述的算法进行初步搜索。目的是估计现有出版物的数量并收集最相关的信息以回答研究问题。
接下来，使用既定的纳入和排除标准确定与本研究相关的文章。此阶段涉及审查标题和摘要以确定每篇出版物的相关性。
随后，通过审查预选文章的全文进行了更详细的筛选。
每篇文章都经过评估以确定其适用性，不符合综述中心主题或缺乏相关结论的文章被排除。
MJDD和IOS进行了初步筛选。两位审阅者独立评估了从电子搜索中检索到的所有文章的标题和摘要。为尽量减少选择偏倚，他们在不知晓彼此评估的情况下独立工作。
MJDD和TRR进行了全文筛选。预选文章的全文由两位评估者独立审查，每位评估者在无法访问对方评估的情况下工作。分歧通过共识讨论解决。
最后，根据Galarza和Cruz（2024）[52]的方法学建议选择纳入综述的研究，以确保选择过程的严谨性和一致性。三位研究人员根据预先定义的纳入和排除标准讨论并达成共识，确定最终纳入的研究。在此阶段，独立审查没有必要，因为目标是就研究纳入达成一致意见。
2.5. 数据提取
从选定的文章中提取了以下变量：作者、出版年份、农药、样本和/或研究类型、结果和结论。仅考虑与综述目标相关的相关信息，并避免重复发现。
3. 结果
3.1. 研究选择结果
使用算法("pesticides") AND ("disease" OR "illness" OR "gut microbiota")进行的初始搜索产生了10,850个结果。然后使用语法"pesticides" AND "gut microbiota"进行优化，将识别的研究数量减少到350篇文章。应用先前描述的资格标准后，选择了22项研究进行审查。
然后对选定的文章进行了详细筛选，导致排除了10项与本综述主题不精确匹配的研究，以及5项缺乏结论性结果的研究。因此，七篇文章被纳入最终的系统性综述。整个选择过程在相应的流程图中说明。
在选定的七项研究中，三项在美国进行，四项在欧洲进行。这些研究的主要特征和最相关数据在表2中呈现。
3.2. 人类农药暴露影响结果
对人类人群的研究表明，怀孕期间暴露于农药可能对胎儿发育产生不利影响，包括出生体重下降等。还发现居住在距离使用这些化合物的区域不到2000米的孕妇与其后代发展自闭症谱系障碍的风险增加之间存在显著关联[55]。这种风险根据暴露程度而增加，在怀孕第二和第三孕期尤为明显，估计增加30%[55]。同样，已描述了产前暴露于农药与儿童神经心理发育之间的负相关关系，如在子宫内暴露的11岁儿童出现自闭症特征[55]。
此外，科学证据表明，暴露于这些化学物质与各种代谢紊乱相关，如胰岛素抵抗、2型糖尿病、血脂异常、化学化合物生物转化功能障碍、动脉粥样硬化、肥胖和肝脏代谢障碍[40,57]。
同样，已记录了与脂肪组织积累相关的肠道菌群失调。再加上由促炎细胞因子释放介导的炎症反应激活，以及免疫系统功能的改变。
关于肠道微生物组，农药暴露已被发现诱导微生物失衡和菌群失调，增加肠道屏障通透性，并对个体健康产生多种不利影响[40,54,55,56,57,58,59]。
3.3. 动物模型中农药暴露影响结果
3.3.1. 大鼠暴露影响大鼠的实验研究表明，暴露于这些物质会导致广泛的生理变化。神经系统变化包括兴奋通路活性增加、抑制活性降低，以及黑质中多巴胺能神经元的丧失[55,56]。在内分泌和代谢水平上，已记录到基础胰岛素水平升高，伴随影响脂质生成、糖异生和糖原分解等关键过程的肝功能障碍，导致肝毒性[40]。同样，观察到体重增加、肥胖、与2型糖尿病表型更高的患病率，以及以脂质积累为特征的胰岛细胞变化[55,58]。
从免疫学角度看，暴露于这些化合物与免疫反应降低和调节炎症的机制改变相关。在肠道水平上，已描述了结构性和功能性变化，包括位于右肠的微观和宏观解剖学变化、有益细菌属的减少、潜在致病物种的增殖，以及肠道微生物群中菌群失调状态的建立。此外，结果表明对暴露的反应存在性别特异性差异，这在评估的所有剂量中都观察到[54,58]。
总体而言，这些发现表明暴露于农药可能会损害神经系统、内分泌系统、免疫系统和胃肠道系统的稳态，强调了进一步研究其对人类健康的影响以及将这些发现外推到人类的潜在可能性的重要性。
3.3.2. 孕期暴露对大鼠后代的影响对怀孕期间暴露于农药的母亲所生大鼠幼崽的研究揭示了多种代谢、神经和发育异常[54,58]。在代谢方面，观察到雌性后代出现高脂血症和高血糖，而神经功能障碍在整个生命周期中持续存在[54]。在雄性胎儿中，已报告外生殖器基因转录的变化，以及前列腺疾病、肥胖和肾脏疾病易感性增加[40]。
消化系统的发育也受到损害，表现为胃肠道成熟延迟、运动障碍和各种肠道疾病的发作[59]。关于生殖系统，记录了卵巢变化和分娩过程中的异常[54]。在神经炎症和细胞水平上，产前暴露还与炎症反应的变化以及与氧化应激相关的基因表达变化相关，特别是在皮层和小脑等脑区域[54,55,58]。
同样，确定了后代的行为变化，特别是在对新情况的反应中，表现出类似于自闭症谱系障碍的加剧表型[55]。总体而言，这些发现加强了产前暴露于农药可能对后代发育和生理功能产生持续不利影响的证据。
3.3.3. 小鼠暴露影响在小鼠中进行的研究表明，农药暴露诱导肠道微生物组组成和功能的显著变化，其特征是菌群失调和肠道屏障通透性增加。在代谢领域，观察到能量代谢受损，包括两性体重增加减少、雌性体重降低和异常细菌移位[40]。此外，据报道血糖升高、葡萄糖耐受不良、肝脏脂质积累和脂质谱改变，总胆固醇、HDL和LDL水平升高[40]。
从基因和微生物学角度看，暴露于这些化合物影响群体感应调节，促进细菌运动性和致病性的增加，以及与细胞壁结构和农药生物转化相关的基因表达变化[59]。同样，记录了肠肝代谢变化、胆汁酸变化、胰岛素抵抗和增强的系统性炎症过程，所有这些都与心血管疾病和结肠炎风险增加相关[55,59]。
关于中枢神经系统，观察到神经递质合成和释放的调节失调，以及神经炎症、运动活动受损、短期记忆改变，以及类似于自闭症谱系障碍的行为[55,56]。
在身体成分方面，雄性显示出对异常移位更大的易感性，以及身体、肝脏和附睾脂肪积累的显著增加[54,55,57,58]。还报告了血清甘油三酯和葡萄糖水平升高，以及加剧的葡萄糖耐受不良[40]。同时，已识别出与代谢途径和葡萄糖调节相关的基因表达变化[40]。
总体而言，所有这些发现表明农药暴露具有多系统影响，损害能量代谢、免疫稳态和神经功能，其影响因性别和暴露持续时间而异。
4. 讨论
本系统性综述根据PRISMA原则开发，总结并对比了关于暴露于农业农药对肠道微生物群和肠屏障通透性的影响以及它们与慢性疾病发展的关系的现有证据。综述还考虑了产前暴露的短期和长期影响。分析Yue等人[54]、Yang等人[55]、Utembe和Kamng'ona[56]、Yuan等人[57]、Gambarte和Wolansky[58]、Djekkoun等人[40]和Meng等人[59]的综述以及其他包含的文献，使我们能够识别与指导未来研究相关的连贯模式、方法学局限性和知识差距。
本研究旨在评估和综合来自人类观察性研究和与人类相关的动物模型实验研究的现有科学证据。它侧重于与暴露于农业农药引起的肠道微生物群和肠通透性变化相关的慢性疾病。
所选研究的分析揭示了在四个关键发现上存在高度一致。首先，肠道微生物群变化、肠道菌群失调和肠道通透性增加似乎是将环境暴露与全身疾病联系起来的中心中介。其次，农药暴露与低度慢性炎症和氧化应激相关。第三，在农药和代谢功能障碍之间发现了连贯的关系，包括胰岛素抵抗、血脂异常和非酒精性脂肪肝疾病。最后，产前暴露于农药与出生体重降低和神经行为改变风险增加相关，包括自闭症谱系障碍。
从代谢角度看，综合证据在很大程度上同意肠道菌群失调和肠道通透性增加是将农药暴露与胰岛素抵抗、肥胖、2型糖尿病和血脂异常联系起来的核心机制，正如Yue等人[54]、Yang等人[55]、Yuan等人[57]、Meng等人[59]、Djekkoun等人[40]和Gambarte和Wolansky[58]所确定的。这些作者一致认为，农药减少了产生短链脂肪酸（特别是丁酸盐）的细菌数量。这损害了肠道屏障的完整性，促进了细菌内毒素的移位，激活低度系统性炎症，从而导致代谢改变。这与Cummings等人[60]和Flint等人[61]关于短链脂肪酸的经典研究一致，这些研究强调了这些微生物代谢物在维持肠道和代谢稳态中的关键作用。同样，Yuan等人[57]和Meng等人[59]提出，农药改变胆汁酸代谢和FXR和TGR5受体信号传导，从而将微生物群-肠道-肝脏轴整合到代谢发病机制中。
关于肝脏和心血管变化，Yuan等人[57]、Meng等人[59]和Djekkoun等人[40]的综述明显一致，同意暴露于农药有助于肝实质和血管内皮的结构和功能改变。在肝脏水平上，证据表明肝细胞中脂质积累增加、氧化应激以及促进脂肪变性向非酒精性脂肪肝疾病进展的炎症途径激活。同时，在心血管系统中观察到系统性促炎状态，这可能会损害内皮完整性，鼓励血管功能障碍，并促进动脉粥样硬化过程。这些变化似乎通过肠-肝-血管轴相互关联，其中菌群失调和肠道通透性增加触发可能影响多个器官的炎症连锁反应。
观察到的与妊娠暴露和出生体重降低相关的关联，与Yang等人[55]和Meng等人[59]报告的发现一致，并由Yuan等人[57]进一步支持，他们回顾了低出生体重与成年后心血管代谢疾病风险增加之间的联系。这表明产前暴露的影响可能超出新生儿期，影响代谢风险如何在整个生命周期中发展和变化。
Yue等人[54]和Yuan等人[57]关于与产前暴露相关的代谢变化的发现一致认为，农药暴露与肠道菌群失调、肠道通透性增加和低度系统性炎症相关。这产生了一个能够解释不利代谢效应的生理机制中心轴。
在神经行为效应方面，Yang等人[55]和Yue等人[54]的研究表明，怀孕期间的暴露与肠道菌群失调和肠脑轴变化相关。这增加了与自闭症谱系障碍相关的特征和诊断的可能性，特别是当暴露发生在怀孕第二和第三孕期时。这些发现在小鼠模型中得到支持，这些模型显示后代出现神经炎症、GABA能改变和多巴胺能电路变化，以及脂肪酸和视黄醇代谢的变化[62]。
本研究的主要优势在于它如何以系统方式汇集和比较来自人类研究和动物模型的证据。多学科方法涵盖了代谢、免疫学、神经学和胃肠道方面，并包括对关键作者和补充文献的比较分析。它还评估了产前和长期影响，考虑了可能的生物机制，特别关注与暴露于农业农药引起的肠道微生物群和肠通透性变化相关的慢性疾病。此外，通过关注菌群失调、短链脂肪酸减少、系统性炎症和代谢功能障碍之间的相互作用，本研究提供了一个更新的概念框架，允许识别关键的脆弱时期。这种方法增强了结论的有效性，并提供了农药暴露系统效应的全面视图，从而加强了综述对未来研究、预防策略开发和环境健康政策制定的相关性。
然而，即使采用系统方法和综合方法，仍有一些局限性需要讨论。首先，人类证据不足，无法建立明确的因果关系，因为许多研究是横断面的或缺乏纵向随访。其次，研究执行方式存在显著差异，特别是关于评估的不同类型农药。第三，大多数研究难以将农药混合物的影响与单一化合物的影响分开，这使特定结果的解释变得复杂。这些局限性突显了需要进行具有重复暴露测量、纵向设计和综合多组学方法的前瞻性研究，以更准确地表征农药暴露对健康和潜在生物机制的慢性影响。
5. 结论
本系统性综述表明，暴露于农药主要通过改变肠道微生物组和肠道通透性来影响人类健康，从而触发系统性炎症、代谢功能障碍和神经行为效应。这些基础变化对于代谢、炎症和神经发育障碍的发展至关重要，特别是当暴露发生在产前发育的关键时期时。尽管研究主要依赖动物模型且方法各异，但人类和实验研究之间的一致性支持环境农药暴露作为可预防风险因素的相关性。我们的分析强调了实施全面公共卫生策略的必要性，旨在减少农药暴露，特别是对孕妇和儿童等弱势群体。这需要转向更可持续的农业实践，更好地监管和控制这些危险化学品，并促进教育计划以确保其安全使用。同时，必须改进环境监测系统、人群生物监测，并密切监测母婴发育，以帮助早期发现和减轻潜在的不利健康影响。
这些结果强调了采用结合预防、监测和转化研究的多学科方法的重要性，以保护人类健康并减轻与农药暴露相关的疾病负担。
【全文结束】
