在進(jìn)入今天的主題之前，首先介紹一下什么是腸道微生物以及它們的作用。在動(dòng)物和人類(lèi)的腸道環(huán)境中，棲居著數(shù)以?xún)|計(jì)的肉眼不可見(jiàn)的細(xì)菌，其數(shù)量甚至超過(guò)了動(dòng)物自身細(xì)胞的數(shù)量。它們?cè)谀c道微生態(tài)中形成了穩(wěn)定的群落，與宿主保持互利共生的關(guān)系。宿主為腸道微生物提供生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境和能源，而微生物緊密調(diào)控宿主的一系列生理代謝活動(dòng)（比如營(yíng)養(yǎng)消化吸收、免疫功能和神經(jīng)行為等）。
圖1 腸道內(nèi)共生的微生物群落（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
環(huán)境污染物干擾腸道菌群組成
但是，腸道微生物對(duì)外界環(huán)境變化是非常敏感的。食物、藥物等的攝入都會(huì)改變腸道微生物的組成、多樣性和豐度。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物對(duì)環(huán)境污染物非常敏感。環(huán)境污染物會(huì)非常顯著地干擾腸道菌群的平衡，而且這種紊亂一旦發(fā)生，很難恢復(fù)，甚至可以持續(xù)影響宿主后代的腸道菌群組成。長(zhǎng)期來(lái)講，腸道微生物的紊亂會(huì)逐漸改變宿主的健康狀態(tài)，引起多種疾病的發(fā)生，包括肥胖、糖尿病、免疫功能障礙和神經(jīng)行為異常等。
圖2 環(huán)境污染物干擾腸道菌群和宿主健康
服用益生菌重塑腸道菌群、改善宿主健康
為了改善動(dòng)物和人類(lèi)的健康，調(diào)節(jié)腸道菌群的方法逐漸引起重視。其中，服用益生菌（Probiotics）正越來(lái)越流行。益生菌是一類(lèi)對(duì)宿主健康有益的活性微生物的總稱(chēng)，它們能夠定植于腸道，調(diào)節(jié)腸道菌群組成和代謝，改善宿主微生態(tài)平衡，發(fā)揮確切的健康功效。研究發(fā)現(xiàn)，服用益生菌后的腸道菌群可以抵抗外界環(huán)境壓力的變化。對(duì)魚(yú)類(lèi)來(lái)說(shuō)，投喂添加了益生菌的飼料同樣可以重塑腸道菌群，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)，降低膽固醇和甘油三酯的含量。
圖3 益生菌種類(lèi)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
益生菌調(diào)節(jié)水環(huán)境污染物的毒性效應(yīng)
綜合以上研究，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象：環(huán)境污染物可以顯著干擾腸道微生物菌群，進(jìn)而損害宿主的一系列生理代謝活動(dòng)；相反地，服用益生菌卻可以重塑腸道菌群，顯著地改善宿主的相應(yīng)生理功能。所以，在暴露于水環(huán)境污染物的情況下，是否可以通過(guò)服用益生菌來(lái)維持或重塑腸道微生物的群落組成和正常代謝活動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)、甚至拮抗污染物對(duì)宿主健康的危害呢？如果能夠發(fā)現(xiàn)可以有效調(diào)控污染物毒性的益生菌，闡明益生菌與污染物的相互作用機(jī)制，這對(duì)于進(jìn)一步推廣益生菌制劑的應(yīng)用、維護(hù)魚(yú)類(lèi)種群健康和漁業(yè)資源、促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)等將會(huì)具有積極的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)意義。
為了回答這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所的研究人員選擇斑馬魚(yú)為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，暴露于一種水環(huán)境新興的有機(jī)污染物——全氟丁烷磺酸鹽。污染物處理過(guò)程中，同時(shí)投喂添加了或沒(méi)有添加益生菌的飼料。然后觀察益生菌添加劑對(duì)污染物的毒性效應(yīng)的調(diào)節(jié)能力，涉及腸道微生物群落組成和脂質(zhì)代謝過(guò)程等研究?jī)?nèi)容。
研究發(fā)現(xiàn)，在污染物與益生菌的共同處理組，雌性斑馬魚(yú)的脂肪酸合成和β氧化過(guò)程顯著增強(qiáng)，益生菌同時(shí)抑制了污染物暴露導(dǎo)致的血液膽固醇的累積，證明益生菌對(duì)斑馬魚(yú)宿主健康的有益作用。在雄魚(yú)中，益生菌添加劑拮抗了污染物對(duì)膽汁酸代謝的干擾作用，但是污染物與益生菌共暴露明顯增加了雄魚(yú)肝體指數(shù)和肝臟內(nèi)甘油三酯的含量，增加了脂肪肝的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。
在腸道微生物群落和脂質(zhì)代謝功能方面，性別差異決定了益生菌與污染物的相互作用模式。考慮到益生菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)資源和人類(lèi)健康領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相關(guān)的結(jié)果為評(píng)估益生菌的應(yīng)用價(jià)值提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。尤其是在環(huán)境污染較嚴(yán)重的區(qū)域，益生菌的應(yīng)用需要綜合考慮污染物的潛在影響。
圖4 益生菌調(diào)節(jié)污染物脂質(zhì)代謝紊亂
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所
