科研動態

水生所在污染物通過芳香烴受體干擾腸道菌群和宿主健康研究中取得新進展

 

  腸道微生物在維持宿主健康方面發揮著重要作用,緊密調控宿主生物的一系列生理代謝活動,如能量代謝、免疫功能、神經行為等。而環境持久性有機污染物會顯著干擾腸道微生物群落,進而影響宿主生理健康。但是,目前污染物如何影響腸道微生物和宿主健康還缺乏機理研究。 

  近日,中國科學院水生生物研究所陳聯國研究員團隊研究發現PCB126介導的AhR通路激活會明顯干擾腸道微生物的生理代謝活動,沿腸肝軸擾亂膽汁酸及維生素的跨器官信號網絡。研究結果為AhR調控腸道微生物與宿主相互作用提供了深層次證據,為類二噁英POPs的環境健康危害及風險評估提供了理論依據。相關論文“Disturbances in Microbial and Metabolic Communication across the Gut-Liver Axis Induced by a Dioxin-like Pollutant: An Integrated Metagenomics and Metabolomics Analysis”DOI10.1021/acs.est.0c06884)在Environmental Science & Technology發表。 

  陳聯國研究員實驗室前期研究發現,芳香烴受體(AhR)在調節污染物的腸道菌群失調效應中發揮重要作用(Chen et al., 2018, Environ. Sci. Technol. 52, 2323-2330),而腸道微生物可能是AhR通路的直接作用對象(Sun et al., 2019, Environ. Pollut. 255, 113357)。基于前期研究基礎,本研究采用成年斑馬魚為模式生物,急性暴露于2nM PCB126(一種模式AhR通路激活劑)。暴露結束之后,綜合運用宏基因組學及代謝組學等分析方法,系統研究AhR通路激活后、跨微生物-腸道-血液-肝臟信號網絡的變化,旨在闡明PCB126激活AhR信號在腸肝軸(gut-liver axis)的傳導模式和機制。 

  要點1. PCB126暴露對腸肝軸膽汁酸代謝的干擾作用(圖1 

  糞便宏基因組分析表明,PCB126抑制了雄魚腸道中與初級膽汁酸代謝相關的微生物活動,從而阻礙了初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉化,導致雄魚腸道中初級膽汁酸濃度升高,而肝臟內膽汁酸主要合成途徑被抑制(cyp7a1)。在雌魚中,PCB126暴露同樣干擾腸道微生物的膽汁酸代謝功能,導致腸道內初級膽汁酸濃度升高,法尼酯X受體(FXR)通路激活。 

 

  1.PCB126暴露干擾斑馬魚膽汁酸代謝 

  要點2. PCB126暴露對腸肝軸維生素代謝的干擾作用 

  宏基因組和代謝組分析一致表明,PCB126暴露顯著影響微生物-腸道-血液-肝臟系統內多種必需維生素的合成與代謝(如視黃醇、維生素B6和葉酸等)。在雄魚腸道內,PCB126抑制了維生素B6的細菌降解,導致維生素B6活性代謝產物濃度升高,而其降解產物濃度下降(4-pyridoxic acid)。異常高濃度的維生素有可能引起細胞毒性,損害魚體健康(圖2)。 

 

  2.PCB126暴露后雄性斑馬魚維生素代謝改變圖 

  在雌性腸道內,PCB126抑制了多種必需維生素的微生物代謝活動,包括視黃醇、維生素B6和葉酸等(圖3),導致這些必需維生素的活性代謝產物在斑馬魚腸道和血液中的濃度顯著下降,形成系統性缺乏。 

 

  圖3.PCB126暴露后雌性斑馬魚維生素代謝改變圖 

  本項目主要采用宏基因組和代謝組學分析方法,針對AhR信號通路介導污染物對腸道微生物和宿主健康開展進一步研究。主要結論如下: 

  1PCB126激活AhR通路,干擾腸道菌群的組成、豐度、多樣性和代謝功能; 

  2PCB126壓力下,微生物調節的膽汁酸代謝轉化功能被抑制,腸道內初級膽汁酸蓄積; 

  3)多種必需維生素的微生物合成和降解活動被抑制,雄性斑馬魚維生素B6累積,而雌性斑馬魚多種必需維生素缺乏; 

  4PCB126通過AhR通路干擾微生物-腸道-血液-肝臟組織系統的代謝信號交流。 

  該研究得到國家自然科學基金、中國科學院水生生物研究所知識創新工程青年人才領域前沿項目、淡水生態與生物技術國家重點實驗室資助。 

    

  文章鏈接: 

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b06322 

  https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113357 

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c06884 

   

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