Adv Sci丨揭示砷暴露会破坏小鼠的肠道屏障并改变其肠道微环境_风闻

砷作为一种常见的类金属,通常通过受污染的饮用水引起人体肠道疾病。然而,砷诱导肠道损伤的机制尚不清楚,有效的干预手段也非常有限。2025年8月19日,重庆医科大学陈承志、邹镇、许商成、邱景富共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Novel Role of Gut-Derived Roseburia Intestinalis in Safeguarding Intestinal Barrier Integrity and Microenvironment Homeostasis During Arsenic Exposure”的研究论文。该研究通过建立急性砷暴露动物模型,揭示了砷破坏肠道的机械、化学、免疫和生物屏障,从而改变肠道微环境。研究进一步验证了将健康的肠道菌群移植到小鼠体内可以减轻砷引起的肠道损伤。更有趣的是,通过16S rRNA测序和厌氧培养,鉴定出一种肠道来源的菌株肠道罗斯拜瑞氏菌(Roseburia intestinalis),它对小鼠砷诱导的肠道毒性具有显著的保护作用。该研究通过应用非靶向代谢组学方法研究砷暴露后肠道罗斯拜瑞氏菌的有益作用及其相关潜在代谢物,包括二甲次胂酸、喹吖啶酮、3-羟基褪黑素和L-半乳糖-2-庚酮糖等。转录组分析表明,肠道罗斯拜瑞氏菌对砷诱导的肠道损伤的保护作用主要通过免疫相关途径。综上所述,这些研究结果强调补充肠道来源的肠道罗斯拜瑞氏菌是一种可用于预防和治疗砷相关肠道疾病的替代策略。

砷是一种典型的类金属,已在地球上 300 多种矿物中发现。砷矿石溶解并通过自然风化、氧化和硫化矿物的侵蚀释放到土壤和水中,从而导致大面积污染。虽然世界卫生组织 (WHO) 已将饮用水中的砷允许浓度设定为低于 0.01 mg L−1 的水平,但在孟加拉国、印度和中国等一些亚洲国家的自然环境中,砷浓度可达到 0.15-4.4 mg L−1。人类通常通过受砷污染的水或饮食以慢性方式接触无机砷,例如砷酸的单离子和双离子形式。值得注意的是,除了慢性接触外,急性或亚急性砷中毒也不容忽视,通常发生在药物滥用或砷污染的饮用水中毒的情况下。大量证据表明,摄入的砷会在几乎所有组织中积累,例如肠道、脑、肺、肝脏、肾脏、膀胱、皮肤,甚至骨髓,从而导致各种疾病,包括胃肠道疾病、心血管疾病、神经系统疾病以及多种癌症。摄入后,约80%的砷会被胃肠道吸收。小肠作为抵御摄入外来生物的第一道防线,是营养物质消化吸收的重要器官,其正常形态和肠道屏障功能是其发挥作用的关键。过去几十年来,越来越多的证据表明砷对肠道功能有不利影响。在砷暴露人群中发现了消化不良和胃肠炎等临床症状。实验室研究表明,砷暴露会显著增加肠道通透性并扰乱肠道功能。形态学分析显示,砷导致肠道肌层变薄,肠绒毛缩短,甚至导致肠绒毛破裂。为了解释砷的不良影响,已提出了多种机制,包括抑制肠上皮紧密连接蛋白、氧化还原失衡、代谢窘迫、炎症和免疫紊乱。尽管这些研究在揭示砷引起肠道损伤的基因和通路方面取得了长足的进展,但其具体机制仍不清楚,并且缺乏预防和治疗此类损伤的有效靶点。肠道菌群在维持肠道稳态方面发挥着至关重要的作用。肠道菌群和功能平衡的破坏会导致肠道屏障功能紊乱,诱发异常的免疫反应,最终导致肠道功能障碍。越来越多的研究表明,砷暴露与肠道菌群之间存在双向相互作用。砷摄入会显著改变肠道菌群的组成和代谢格局。此外,肠道菌群与砷诱导的毒性有关。多项研究表明,肠道菌群可以减轻砷的毒性。正常的肠道菌群可以减轻小鼠在砷暴露下的代谢紊乱,而当肠道菌群受到干扰时,肝脏和肾脏等多个组织中会观察到更严重的病理变化和细胞凋亡。最近的研究表明,肠道菌群有助于粪便砷的排泄和生物转化,这为肠道菌群的有益作用提供了初步解释。除了影响砷代谢外,肠道菌群还可能通过其他机制保护宿主。氧化应激和炎症在砷引发的肠道不良反应中起着至关重要的作用,而肠道菌群,例如某些能够产生短链脂肪酸 (SCFAs) 的菌种,具有强大的抗氧化和抗炎作用。此外,某些肠道菌群,例如嗜粘蛋白阿克曼氏菌 (Akkermansia muciniphila),可以通过重建黏液屏障、抑制炎症和恢复微生物平衡来对抗炎症性肠病。然而,某些肠道菌群是否能够耐受肠道砷应激仍未得到充分研究。该研究揭示了砷暴露会破坏小鼠的肠道屏障并改变其肠道微环境。通过粪便菌群移植(FMT),研究结果验证了施用健康小鼠的供体粪便可以减轻砷引起的肠道屏障破坏和肠道微环境的改变。更重要的是,在体外厌氧培养后,研究发现了肠道罗斯拜瑞氏菌在减轻砷在肠道中的毒性作用方面的新作用。通过代谢组学和转录组学分析,探究了肠道罗斯拜瑞氏菌对砷诱导的肠道毒性产生有益作用的潜在机制。这些发现为从肠道菌群的角度理解砷毒性的潜在机制提供了新的思路,并为砷相关疾病的防治提供了新的线索。

图1 砷破坏小鼠肠道的机械屏障(图源自Advanced Science)参考消息:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202511895