亚慢性砷暴露通过激活NF-κB信号通路，导致肠道微生物群失衡和肠道炎症

《Food and Chemical Toxicology》：Subchronic arsenic exposure induced intestinal microbiota dysbiosis and intestinal inflammation via activating the NF-κB signaling pathway

本研究通过小鼠和NCM460细胞模型探讨砷暴露对肠道的影响，发现砷导致肠道黏膜损伤、菌群失调及NF-κB信号通路激活，PDTC干预可有效减轻炎症。

　　

曹思燕|蔡润之|奚书华|王月

沈阳医学院公共卫生学院，中国沈阳黄河北路146号，110034

摘要：

砷是一种常见的环境污染物，存在于受污染的饮用水中。然而，砷暴露对肠道的影响及其具体作用机制仍不清楚。在本研究中，我们利用亚慢性砷酸钠（NaAsO2）暴露的小鼠和经NaAsO2处理的人类结肠黏膜上皮细胞系460（NCM460）模型来探讨砷引起的肠道损伤。苏木精-伊红（HE）染色显示，暴露于砷的小鼠肠道出现了组织学损伤，表现为上皮细胞破坏、肌层厚度减少以及结肠组织内炎症细胞浸润增加。暴露于砷的小鼠Occludin蛋白的表达水平显著降低，同时两种指示肠道屏障损伤的生物标志物——血清二胺氧化酶（DAO）和乳酸（D-LA）的浓度升高。16S rRNA测序分析表明，砷暴露并未显著影响小鼠肠道微生物群的α和β多样性，但导致梭菌科（Clostridiaceae）、伯克霍尔德菌科（Burkholderiaceae）、红球菌科（Erysipelotrichaceae）和幽门螺杆菌科（Helicobacteraceae）的丰度增加，而毛杆菌科（Muribaculaceae）的丰度减少。此外，砷暴露还导致IL-1β、IL-6和TNF-α蛋白水平升高，同时IL-10的表达降低。砷激活了NF-κB信号通路，该通路与结肠炎症有关。最后，使用吡咯烷二硫碳酰胺（PDTC）干预可显著减轻砷引起的肠道炎症。总之，砷暴露会损害肠道黏膜的完整性并破坏肠道微生物群的稳态，同时通过NF-κB信号通路介导肠道炎症。

部分内容摘要

背景

砷是一种有毒类金属，在自然界中主要以无机和有机砷化合物的形式存在。人类接触砷主要通过饮用含砷量较高的地下水发生（Bustaffa等人，2014年）。全球有超过20个国家的数亿人（包括孟加拉国、印度、中国、智利、阿根廷、美国和加拿大）暴露于不同浓度的砷中（Nurchi等人，2020年）。

动物与处理方法

实验用昆明小鼠为雌性，最近断奶后从中国医科大学实验动物中心获得，并经该机构动物伦理委员会批准使用。这些小鼠在温度20±2°C、湿度55%±10%、光照/黑暗周期各12小时的受控环境中适应了一周，可自由饮水并得到适当饲养。

砷暴露导致小鼠体内结肠损伤

砷导致结肠损伤的具体机制尚不明确。为了研究砷对肠道健康的影响，我们使用雌性昆明小鼠建立了综合实验模型。实验小鼠饮用的水中含有不同浓度的砷酸钠（NaAsO2）：0 mg/L、20 mg/L、40 mg/L和80 mg/L，持续时间为12周（图1A）。研究结果显示，暴露于80 mg/L NaAsO2的小鼠体重显著下降。

讨论

在拉丁美洲砷污染地区进行的最新研究表明，与砷暴露相关的死亡率和发病率持续上升（Bundschuh等人，2021年）。砷中毒可引起人类消化系统出现腹泻、恶心、呕吐和刺激等症状（Jomova等人，2025年）。砷可能损害肠道上皮（Abdul等人，2015年；Ratnaike，2003年）。鉴于人群中最常见的砷暴露形式是……

结论

总之，砷暴露会引发肠道微生物群失调和肠道炎症。NF-κB信号通路在砷诱导的肠道炎症中起着关键作用。PDTC干预可以缓解砷引起的肠道炎症。本研究不仅阐明了砷诱导的肠道损伤的分子机制，还确定了有效的干预措施，为预防砷暴露提供了依据。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

作者贡献声明

曹思燕：方法学设计、数据整理。奚书华：项目管理、资金获取、概念构思。蔡润之：方法学研究。王月：写作、审稿与编辑、项目管理、概念构思

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：81972982）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。