《Journal of Hazardous Materials》：Risk of Chronic Low-Dose Pesticide Cocktail Exposure: Increased Inflammatory Bowel Disease Susceptibility Through Microbiota-Mediated Immune Dysregulation
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慢性低剂量农药混合物暴露通过破坏肠道菌群平衡和Th17/Treg免疫平衡加剧炎症性肠病。摘要：采用混合农药饲料暴露雄性ICR小鼠模型，发现常规剂量（ADI）未引发结肠炎症，但100×ADI和10×NOAEL剂量显著诱发溃疡性结肠炎（IBD），表现为结肠缩短、上皮损伤、促炎因子（IL-1β、IL-6、IL-22）上调及紧密连接蛋白（ZO-1、occludin）下调。菌群分析显示拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）比例失衡，乳杆菌（Lactobacillus）、链球菌（Streptococcus）减少，而Faecibacterium和Akkermansia富集。粪菌移植（FMT）证实肠道菌群在介导农药诱导炎症和加重DSS结肠炎中起关键作用。研究揭示农药混合物通过三重机制（菌群失调-屏障破坏-炎症激活）诱发IBD，挑战现行单一化合物风险评估框架，强调混合物毒性评估必要性。
马晓然|熊亚兵|魏一木|吕胜晨|方尧峰|刘学凯|刘东辉|王鹏
中国农业大学理学院应用化学系，北京，100193
摘要
鉴于现代农业中农药的使用，人类同时接触多种农药残留物是不可避免的，但相关健康风险尚未得到充分研究。本研究将十种常见农药以三种剂量水平（ADI、100×ADI和10×NOAEL）加入雄性ICR小鼠的饮食中，持续17周以评估其对肠道的影响。ADI剂量未引起显著的结肠炎症或损伤，而100×ADI和10×NOAEL剂量则导致了IBD，表现为结肠长度缩短、上皮损伤、促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-22）上调以及紧密连接蛋白（ZO-1、occludin）下调。在DSS诱导的模型中，即使是ADI剂量组也出现了明显的IBD症状，而100×ADI和10×NOAEL剂量组的肠道炎症反应和组织损伤更为严重，表明长期暴露于低剂量农药混合物会显著增加患IBD的风险。在10×NOAEL剂量下，Lactobacillus、Streptococcus和Candidatus_Saccharimonas的相对丰度显著降低，而Faecalibaculum和Akkermansia的丰度显著增加，这与促炎细胞因子（IL-6、IL-22）上调以及RORγt和IL-17a上调、Foxp3和IL-10下调密切相关，表明Th17/Treg平衡被破坏，进而导致结肠炎症和屏障功能障碍。粪便微生物移植（FMT）证实了肠道微生物群在介导农药诱导的结肠炎症和DSS诱导的结肠炎加重中的作用。总体而言，这些发现表明长期低剂量农药混合物暴露会破坏肠道微生物平衡，改变Th17/Treg平衡，上调促炎细胞因子，并损害肠道屏障完整性，从而引发结肠炎症并加重DSS诱导的IBD。这项工作强调了评估混合农药残留物的必要性。
引言
炎症性肠病（IBD）是一种以肠道炎症和黏膜损伤为特征的慢性复发性疾病，已成为日益严重的全球健康问题。[1]流行病学数据显示，1995年至2016年间，丹麦溃疡性结肠炎（UC）的发病率从0.021%上升到0.0284%，克罗恩病（CD）的发病率从0.0091%上升到0.0178%[2]。预测模型表明，到2030年，加拿大IBD的患病率可能达到0.9%[3]，而在加拿大和丹麦等高发病率国家，到2043年这一比例预计将超过1.5%。即使在人口众多的国家如中国和印度，尽管发病率可能仅为欧洲的一半，患者总数仍可能超过数千万[4]。IBD患病率的持续上升凸显了阐明其发病机制的紧迫性。
现有证据表明，IBD是由遗传易感性[5]、肠道微生物群失调[6]和肠道屏障功能障碍[7]共同作用的结果。除了吸烟[8]、肥胖[9]和睡眠不足[10]等生活方式因素外，广泛存在的环境污染物（包括PFAS[11]、抗生素[12]和农药[13]）也可能通过破坏肠道微生物平衡而促进IBD的发生。研究表明，环境污染物可以直接抑制敏感细菌种类，扰乱肠道微生物平衡[14]。此外，这些污染物还可能改变肠道微生物代谢，影响丁酸盐等关键代谢产物的产生，进而调节宿主DNA甲基化和组蛋白乙酰化，从而影响免疫相关基因的表达并加剧肠道炎症[15][16]。某些肠道细菌还能将污染物代谢为促炎化合物，激活NLRP3炎性体通路，进一步加重结肠炎的发展[17]。尽管越来越多的证据表明环境污染物与IBD的发生有关，但农药具体如何促进IBD的发展仍需系统研究。
食品中的农药残留非常普遍。根据美国农业部（USDA）2024年农药数据计划报告，2023年检测的9,832个食品样本中有61.2%含有可检测到的农药残留。具体来说，苹果中经常检测到 acetamiprid 和 difenoconazole，葡萄中检测到 pyraclostrobin 和 cypermethrin，芹菜中检测到 chlorothalonil 和 chlorpyrifos，番茄中检测到 emamectin benzoate 和 chlorantraniliprole[18]。同样，欧洲食品安全局（EFSA）2025年关于食品中农药残留的报告也显示，在2023年检测的13,246个样本中，30.1%含有多种农药残留[19]。然而，目前的国际农药安全性评估（如农药残留联合会议JMPR进行的评估）主要采用“单一化合物，单一终点”的评估方法。这些评估假设混合物的毒性由其最危险的成分决定，但未能充分考虑实际暴露情况，即低剂量、多组分农药混合物（通常称为农药混合物效应）。
当前监管框架与实际暴露模式之间存在显著差距，这引发了人们对低剂量农药混合物带来的长期健康风险的担忧。因此，本研究旨在系统评估长期农药混合物暴露对IBD风险的影响，并阐明其背后的生物学机制。基于公认的安全值，我们建立了包含多个剂量组（ADI、100×ADI和10×NOAEL）的动物模型，并结合DSS诱导的结肠炎和FMT验证实验。我们全面评估了肠道微生物群多样性、免疫特征和肠道屏障完整性的变化，以阐明农药混合物暴露通过“肠道微生物群失调—免疫屏障破坏—炎症级联激活”这一三重机制加剧结肠炎的过程。这项工作为改进低剂量农药混合物暴露的健康风险评估和安全性评估方法提供了重要的理论支持。
材料与设备
Boscalid（98%）、imidacloprid（97%）、azoxystrobin（98%）、pyraclostrobin（98%）、bifenthrin（95%）、chlorpyrifos（97%）、fludioxonil（97%）、carbendazim（98%）、acetamiprid（99%）和myclobutanil（96%）由中国农业化学品控制研究所（ICAMA）提供。Dimethyl sulfoxide（DMSO，分析级）和玉米油来自上海Aladdin生化技术有限公司。Neomycin sulfate（98%）、metronidazole（99%）、ampicillin sodium salt（85%）和dextran sulfate也来自该机构。
农药混合物暴露诱导的小鼠IBD
根据美国农业部（USDA）2023年农药数据计划年度总结[21]，选择了十种常见农药来配制混合物。这些化合物在美国主要农产品中的检出率较高，涵盖新烟碱类、磺菌胺类、三唑类、拟除虫菊酯类和有机磷类等主要化学类别（表S1）。它们也经常在农产品中被检测到。
讨论
近年来，越来越多的研究表明，某些农药（如chlorpyrifos[22]、某些新烟碱类[23]和草甘膦[24]）可能通过重塑肠道微生物群、扰乱代谢产物产生或损害黏膜屏障完整性来损害肠道健康[25]。尽管这些单一化合物的研究提供了有价值的机制见解，但它们未能捕捉到实际暴露条件下的复杂相互作用。
环境影响
本研究表明，即使是在监管安全水平下，长期暴露于多种农药残留物也会破坏肠道微生物平衡和免疫平衡，促进结肠炎症并增加患炎症性肠病的风险。这些发现挑战了基于单一化合物暴露的当前风险评估框架，强调了在环境安全性评估中考虑混合物毒性的必要性。
作者贡献声明
王鹏：撰写——审稿与编辑、验证、概念构思。
刘东辉：撰写——审稿与编辑、监督、数据分析。
熊亚兵：撰写——初稿撰写、研究、数据分析、概念构思。
马晓然：撰写——初稿撰写、数据管理、概念构思。
刘学凯：方法学设计、数据分析、数据管理。
方尧峰：方法学设计、数据管理。
吕胜晨：方法学设计、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国农业大学2115人才发展计划的支持。
