阿斯巴甜通过Akkermansia muciniphila介导的5-羟色氨酸生成促进肠道肿瘤进展

《Journal of Hazardous Materials》：Aspartame Promotes Intestinal Tumor Progression via Akkermansia muciniphila-Mediated 5-Hydroxytryptophan Production

　　

作者：易竹、贾毅竹、陈振、金建宁、周建诺、易阳、王一鸣、彭俊轩、柴欣欣、陈光迪、周伟、盛景豪

中国浙江省杭州市浙江大学医学院Sir Run Run Shaw医院普通外科，邮编310058

摘要

阿斯巴甜是全球消费最广泛的人工甜味剂之一，流行病学研究表明它与癌症风险增加有关，但其潜在机制仍不甚明了。本研究利用Apc^min/+自发肠肿瘤小鼠模型探讨了亚慢性阿斯巴甜暴露对肠道肿瘤发生的影响，并阐明了相关机制。小鼠在饮用水中摄入生理相关剂量的阿斯巴甜（0.07和0.2 mg/mL）长达3个月，随后对其肿瘤发展、肠道微生物群组成和肠道代谢组学进行了全面分析。结果表明，阿斯巴甜暴露显著促进了肿瘤进展，表现为小肠中中等大小肿瘤的比例增加。16S rRNA测序分析显示，阿斯巴甜处理后Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）菌株选择性富集，并导致肠道微生物群失衡。代谢组学分析发现色氨酸代谢途径发生显著改变，血清素相关代谢产物的生成增加。体外实验证实阿斯巴甜直接刺激了A. muciniphila的生长，并增加了细菌产生的5-羟色氨酸（5-HTP）的量，后者在肿瘤组织中转化为血清素（5-HT）。阿斯巴甜处理的A. muciniphila培养上清液可促进结直肠癌细胞增殖，这一效应可被5-HTP向5-HT转化的抑制剂卡比多巴阻断。这些发现揭示了一个新的阿斯巴甜-微生物群-血清素轴，该轴促进了肠道肿瘤进展，挑战了长期摄入阿斯巴甜的安全性，强调了重新评估现有安全指南的必要性。

引言

阿斯巴甜于1965年首次合成，并于1981年获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，成为全球消费最广泛的人工甜味剂之一，广泛应用于6000多种产品中，包括无糖饮料、无糖口香糖和低热量食品[1]、[2]。尽管最初被认为是一种安全的糖替代品，但越来越多的安全问题促使全球对其进行了重新评估。2023年，国际癌症研究机构（IARC）将阿斯巴甜归类为2B类致癌物（“可能对人类致癌”），多个国家也对含阿斯巴甜的产品实施了限制或禁令，反映出对其长期安全性的担忧日益增加[3]、[4]。

将阿斯巴甜归类为潜在致癌物是基于流行病学研究，这些研究表明人工甜味剂的摄入与癌症风险增加有关，尤其是结直肠癌[5]、[6]。然而，其潜在机制仍不明确，提出的机制包括直接基因毒性作用、氧化应激诱导和细胞代谢过程紊乱[7]、[8]、[9]。阿斯巴甜致癌性的争议性部分反映了确定饮食添加剂与癌症发展之间因果关系的挑战，以及宿主代谢、环境因素和个体易感性之间的复杂相互作用可能影响致癌结果[10]、[11]。

阿斯巴甜在摄入后会在小肠中迅速水解，释放天冬氨酸、苯丙氨酸和甲醇，使胃肠道成为该化合物及其代谢物的主要暴露部位[1]、[12]。这种直接且长期的肠道组织接触使消化系统成为阿斯巴甜潜在效应的关键靶点。肠道环境具有复杂的微生物生态系统和活跃的代谢过程，可能是阿斯巴甜暴露转化为影响癌症发展和进展的生物学后果的关键接口[13]。

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见恶性肿瘤，其发展遵循腺瘤-癌变序列，涉及遗传和表观遗传改变的逐步积累[14]。新兴证据表明肠道微生物群是CRC发病机制的关键调节因素，特定细菌种类通过代谢产物生成、免疫调节和对上皮细胞行为的直接影响等方式影响肿瘤的发生、进展和治疗反应[15]、[16]。饮食、微生物群组成与CRC风险之间的密切关系表明，像阿斯巴甜这样的饮食添加剂可能通过依赖微生物群的途径发挥其致癌作用[17]、[18]，这可能解释了先前毒理学评估中的不一致性。

本研究旨在利用Apc^min/+小鼠模型探讨阿斯巴甜的潜在致癌机制，重点研究其对肠道肿瘤发生的影响，特别是阿斯巴甜对肠道微生物群组成和代谢谱的改变。通过结合体内肿瘤评估、微生物组分析、代谢组学和机制验证的研究方法，我们旨在确定亚慢性阿斯巴甜暴露促进结直肠癌发展和进展的分子途径。

章节摘录

动物模型

从GemPharmatech有限公司（中国 Jiangsu）购买了10周大的雄性Apc^min/+小鼠。所有动物实验均获得了浙江大学实验动物中心伦理审查委员会的批准（批准编号ZJU20240256），并按照机构规定的动物护理和使用指南进行。小鼠到达后，在标准实验室条件下饲养，可自由获取标准颗粒饲料和水，适应7天后开始实验

阿斯巴甜暴露对肠道形态的影响

为了研究阿斯巴甜对肿瘤发生和发展的影响，我们使用Apc^min/+自发肠肿瘤小鼠模型，让小鼠在饮用水中摄入两种浓度的阿斯巴甜（0.07 mg/mL和0.2 mg/mL），持续3个月（图1A）。实验期间监测体重，发现阿斯巴甜处理组与对照组之间没有显著差异（图1B）。所有处理组的食量保持一致，而饮水量则有所不同

讨论

本研究表明，亚慢性阿斯巴甜暴露通过调节肠道微生物群和色氨酸代谢，在Apc^min/+小鼠模型中促进了肠道肿瘤进展。具体而言，阿斯巴甜增强了A. muciniphila的生长，导致5-HTP的生成增加，进而转化为5-HT，促进结直肠癌细胞增殖。这些发现揭示了

缩写

5-HT：血清素（5-羟色氨酸）；5-HTP：5-羟色氨酸；AADC：芳香L-氨基酸脱羧酶；ADI：每日可接受摄入量；ANOVA：方差分析；BCA：比色蛋白酶；BHI：脑心浸液；CCK-8：细胞计数试剂盒；CFU：菌落形成单位；CRC：结直肠癌；DAB：3,3'-二氨基联苯胺；DMEM：Dulbecco改良Eagle培养基；DMSO：二甲基亚砜；ELISA：酶联免疫吸附测定；ESI：电喷雾离子化；FAO：联合国粮食及农业组织

环境影响

阿斯巴甜是全球消费最广泛的人工甜味剂之一，最近被IARC归类为2B类致癌物（“可能对人类致癌”），引发了重大的环境和公共卫生问题。我们的研究表明，长期低剂量阿斯巴甜暴露通过依赖肠道微生物群的血清素途径促进了肠道肿瘤进展。这一发现表明，即使在被认为安全的条件下

CRediT作者贡献声明

易阳：项目管理。周建诺：项目管理。彭俊轩：项目管理。王一鸣：研究。贾毅竹：项目管理、研究。易竹：撰写——初稿、验证、项目管理、数据整理。金建宁：验证、研究。陈振：验证、研究。陈光迪：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。柴欣欣：项目管理。盛景豪：

在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来提高语言表达和可读性。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对出版物的内容负全责。

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所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（U22A20358、U21A20202和82370550）、浙江省自然科学基金（LR25H260001）以及浙江省高校基本科研业务费（226-2024-00206和226-2024-00134）的支持。

作者声明没有利益冲突。