腸道微生物在維持宿主健康方面發(fā)揮著重要作用，緊密調(diào)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(jīng)行為等。而環(huán)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(lián)國研究員團隊研究發(fā)現(xiàn)PCB126介導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)。研究結(jié)果為AhR調(diào)控腸道微生物與宿主相互作用提供了深層次證據(jù)，為類二噁英POPs的環(huán)境健康危害及風險評估提供了理論依據(jù)。相關(guān)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”（DOI：10.1021/acs.est.0c06884）在Environmental Science & Technology發(fā)表。 

　　陳聯(lián)國研究員實驗室前期研究發(fā)現(xiàn)，芳香烴受體（AhR）在調(diào)節(jié)污染物的腸道菌群失調(diào)效應(yīng)中發(fā)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）?；谇捌谘芯炕A(chǔ)，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(jié)束之后，綜合運用宏基因組學及代謝組學等分析方法，系統(tǒng)研究AhR通路激活后、跨微生物-腸道-血液-肝臟信號網(wǎng)絡(luò)的變化，旨在闡明PCB126激活AhR信號在腸肝軸（gut？liver axis）的傳導(dǎo)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(guān)的微生物活動，從而阻礙了初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致雄魚腸道中初級膽汁酸濃度升高，而肝臟內(nèi)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(dǎo)致腸道內(nèi)初級膽汁酸濃度升高，法尼酯X受體（FXR）通路激活。 

　　圖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(tǒng)內(nèi)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(nèi)，PCB126抑制了維生素B6的細菌降解，導(dǎo)致維生素B6活性代謝產(chǎn)物濃度升高，而其降解產(chǎn)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）。 

　　圖2.PCB126暴露后雄性斑馬魚維生素代謝改變圖 

　　在雌性腸道內(nèi)，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(dǎo)致這些必需維生素的活性代謝產(chǎn)物在斑馬魚腸道和血液中的濃度顯著下降，形成系統(tǒng)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(dǎo)污染物對腸道微生物和宿主健康開展進一步研究。主要結(jié)論如下： 

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

　　（2）PCB126壓力下，微生物調(diào)節(jié)的膽汁酸代謝轉(zhuǎn)化功能被抑制，腸道內(nèi)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； 

　　（4）PCB126通過AhR通路干擾微生物-腸道-血液-肝臟組織系統(tǒng)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(chuàng)新工程青年人才領(lǐng)域前沿項目、淡水生態(tài)與生物技術(shù)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