一、背景介绍
美国环境保护署 （EPA） 估计，目前有 85,000 种化合物在使用中，平均每年有 2000 种新化学品进入市场。
每年人类都会接触到大量潜在有毒化学物质，包括合成化合物和天然化合物，它们一起在影响着人类的健康。越来越多的研究发现，肠道微生物组是这种毒性的可能目标，因为它对化学污染非常敏感。
不断有证据表明，肠道微生物组正越来越多地参与对环境毒物的早期反应系统，并可能成为影响人类健康的关键中介。
图1. 影响肠道人类肠道微生物群的因素
（包括：性别、基因、生活方式、环境、早期的抗生素治疗、母婴传递和饮食等）
在正常情况下，宿主与微生物群之间保持微妙的平衡，共同维护健康的共生关系，防止潜在致病细菌的过度增长。
然而，一旦有益细菌和机会致病菌之间的平衡被打破，比如受到环境毒素等外部因素的干扰，肠道微生物组就可能面临致病风险和长期变化。
肠道菌群失调与疾病之间的关联主要源于三个因素：
1、有益菌群的缺失；
2、菌群多样性的降低 ；
3、机会性菌群和共生菌群之间的激烈竞争。
二、肠道菌群介导化学物质暴露的机制
肠道微生物群能够调节化学暴露与宿主反应间的相互作用。
微生物代谢化学物质则可能对宿主产生正向或负向的影响，主要包括三种方式：
1、肠道菌群对宿主产生的代谢物解偶联；
2、肠道菌群调节肠道上皮的通透性；
3、肠道菌群控制关键代谢途径。
值得注意的是，这些机制之间可能相互干扰，并由微生物组协调。
微生物组直接或间接调节毒物的主要机制
一、肠道菌群可能参与化学物质的生物转化过程
以无机砷为例，研究发现，无机砷经过人体内细菌还原和甲基化后可能形成比原始物质更有害的中间形式。
同时暴露于砷会破坏肠道菌群，进而影响肠道菌群代谢物的水平（如胆汁酸和吲哚）。
二、肠道微生物紊乱破坏肠道上皮屏障
研究表明，肠道微生物组变化可以影响肠道通透性，与压力、感染和饮食变化对肠道通透性带来的影响相当。
例如研究表明，向小鼠肠道中引入Akk. muciniphila或施用Bateroides fragilis都会促进肠道紧密连接蛋白的表达，降低肠道吸收能力，破坏胃肠道屏障完整性。
其次，研究中首次评估对照组小鼠和无菌小鼠肝脏基因表达情况，发现二者参与肝脏化学物质代谢的基因表达存在显著差异。说明肠道菌群会影响肝脏对化学物质代谢。
三、宿主代谢物的解偶联
宿主产生的代谢物解偶联的一个显著实例是β-葡萄糖醛酸酶的活动，涉及硝化多环芳烃的代谢过程。具体来说，当宿主吸入硝化多环芳烃- 2-硝基芴（PAH-2-NF）后，它会在体内代谢为羟基化硝基芴（OH-NFs）。通常，OH-NF进入体内后，会与葡萄糖醛酸结合，形成葡萄糖醛酸苷结合物，从而解毒并排出体外。
然而，微生物产生的β-葡萄糖醛酸酶能够分解这些结合物，再次释放OH-NFs，这可能导致OH-NFs在体内的积累，进而增加患肠癌的风险。而口服摄入PAH-2-NF经乙酰化和肠道菌群的羟基化作用后，转化为毒性较小的代谢物，最终完全排出。
所以肠道菌群与环境化学物质之间的交互作用的结果，既可能是有害的，也可能是有益的。
三、环境污染物对肠道微生物群的影响
此外，环境毒物也可能导致肠道微生物组相关疾病，进而影响宿主。
一、环境毒物对宿主肠道菌群的影响
有研究表明砷暴露导致肠道菌群对短链脂肪酸的生物合成减少，另一项研究的宏基因组测序显示小鼠镉给药后结肠中的短链脂肪酸水平降低。另外，有动物研究表明，三氯生暴露会显著影响微生物群，导致结肠炎症加重，甚至增加患结肠癌的风险。
母乳中全氟辛烷磺酸暴露与婴儿肠道微生物组的α多样性降低及肠球菌属相对丰度增加有关，这表明全氟辛烷磺酸暴露可能对婴儿肠道微生物的组成功能产生不良影响。
环境污染物对肠道微生物群的影响及其对人类宿主的后续影响
二、环境毒物影响宿主肠道菌群的可能机制
化学品暴露可以通过上调TLR-4来损害胃肠道上皮细胞功能，并可能进一步导致全身炎症和神经退行性疾病。
另一方面，环境污染物可能减少有益细菌的代谢物产生，破坏胆汁酸循环和色氨酸代谢，进而对胰岛素分泌、2型糖尿病风险以及炎症性肠病产生影响。
此外，肠道微生物组还能改变氨基酸的代谢，影响心血管疾病风险。肠道微生物还通过肠脑轴影响神经功能，与中枢神经系统交流，影响大脑结构和功能。
因此，肠道微生物组可能是环境污染物毒性的核心参与者，也是反映环境污染暴露的潜在生物标志物。这些发现揭示了肠道微生物组在环境毒性和人类疾病之间的关键作用，为未来的研究和治疗提供了新的视角。
四、小结
本文综述了单一化合物对肠道微生物群的多样影响及环境污染物、微生物组与人类疾病间相互作用的机制。肠道细菌可以代谢环境化学物质，影响其毒性，同时这些化学物质也影响微生物组的结构和功能。
虽然已有证据表明肠道微生物组与环境化合物毒性密切相关，但研究仍面临挑战，如需要更精确的动物模型和人类研究以控制其他干扰因素。此外，由于污染物多为混合物，单一化学物质的研究方法不足以了解多种环境因素对人类健康的影响。因此，评估多种化学品或污染物的综合混合物对于准确识别和评估风险因素及相互作用至关重要，有助于解决现实世界的公共卫生问题。
全基因组测序平台在解析微生物组之间复杂相互作用方面提供了更多可能，但仍需要更综合的方法来分析总结不同组学数据。其次，早期生命阶段微生物组十分关键关键，易受环境因素影响，同时也为干预提供了机会。
此外，未来研究应更关注肠道微生物组中其他微生物群落（如真菌、病毒）与环境因素的关联。
最后，需要进一步整合多种组学技术，阐明肠道微生物组作用及环境暴露的影响，这有助于实现精准医学，保护个体免受有害环境暴露的影响。
联系我们：
