根据宾夕法尼亚州立大学的新研究，早期接触环境中的“永久性化学物质”会永久性地破坏小鼠的肠道微生物组，从而促进代谢疾病在后期的发展。研究结果表明，人类在幼儿时期接触这些化学物质可能导致成年人的代谢疾病，包括肥胖和2型糖尿病的近期流行。
研究人员特别关注2,3,7,8-四氯二苯并呋喃（TCDF），这是一种广泛存在的持久性有机污染物（POP），是废物焚烧、金属生产以及化石燃料和木材燃烧的副产物。TCDF在食物链中累积，人类主要通过摄入高脂肪食物（如肉类、乳制品和一些鱼类）接触这些化学物质。婴儿可以通过母乳摄入暴露。
“持久性有机污染物在环境中普遍存在，几乎每个生物体都曾接触过这些物质，”宾州州立大学分子毒理学及生物化学与分子生物学的约翰·T·史密斯与佩奇·S·史密斯教授安德鲁·帕特森表示。“这些化学物质的负面健康影响已有充分报道，包括出生缺陷和癌症。我们的研究是第一个表明早期接触名为TCDF的某种持久性有机污染物也会破坏肠道微生物组，并与后期的代谢疾病相关联。”
研究团队对两组小鼠进行了研究——一组是处理过TCDF的实验组，另一组是未接受处理的对照组。研究团队给四周龄的小鼠喂食含有TCDF（每只小鼠0.46微克）或不含TCDF的对照药丸，养了五天。尽管0.46微克高于人类的典型暴露水平，但并不足以引起中毒疾病。
“在我们的研究中，我们使用的剂量相对较高，与典型的人类暴露相比；然而，我们可以利用这些信息识别新的毒性高点，包括在肠道微生物组中，并开始推测即使在更低剂量下可能会发生什么。当然，我们还必须考虑这些持久性有机污染物的复杂混合物如何与我们及我们的微生物伙伴互动，因为单次暴露并不能完美模拟现实生活场景。”
接下来，研究人员检查了动物的肠道微生物组，以及几个健康指标，包括体重、葡萄糖耐受性、肝脏中的甘油三酯量和粪便中的粘液量等其他代谢疾病标志物。他们收集了在五天的TCDF摄入后立即和最后一次剂量后三个月的数据。在人类中，这些时间点分别相当于婴儿和年轻成人。
“我们发现，早期接触TCDF永久性地破坏了野生型小鼠的肠道微生物组，”第一作者、宾夕法尼亚州立大学副研究教授田园表示。“我们还发现，这些小鼠在四个月大时体重增加和葡萄糖耐受性差。”
为了进一步探索TCDF对肠道微生物组的影响，科学家们将没有微生物组的小鼠与遭受TCDF破坏微生物组的小鼠进行了肠道微生物移植，并测量了他们的健康结果。他们发现，接受移植的小鼠出现了代谢疾病，表明这些改变的微生物组是代谢疾病的原因。
“这些结果表明，早期人生接触TCDF可能会导致肠道微生物组功能和健康结果的干扰，即使在TCDF被排出体外很久之后，”田园说。
她解释说，肠道微生物组的干扰表现为某些细菌种类的减少，包括通常在人类肠道微生物组中发现的腺病毒菌（Akkermansia muciniphila）。
“这很重要，因为腺病毒菌被认为对整体肠道健康至关重要，但现在我们知道它可能会受到TCDF的不利影响，”田园说。
为了调查腺病毒菌在影响健康结果方面的重要性，团队尝试将这种细菌作为益生菌施用给TCDF处理过的小鼠。益生菌将微生物组恢复到正常状态。
“我们的发现表明，这些细菌受到毒性暴露的影响，并在调节健康结果中发挥重要作用，”帕特森表示。“通过更多的研究，未来我们可能能够通过补充益生元和益生菌，恢复一个人的微生物组到其最佳状态。”
论文的其他宾夕法尼亚州立大学作者包括生物化学与分子生物学助理教授乔丹·比桑茨，助理研究教授井海·阮，助理研究教授伊恩·穆雷，助理研究教授横山茂敏，助理研究教授谢尔盖·科什金，研究生比宾·瑞玛尔，研究技术员魏桂，研究生香妮·内特尔福德，博士后研究员方聪东，兽医与生物医学科学系负责人桑迪普·普拉布，农业科学H·托马斯和多萝西·威利茨·哈洛威尔讲座教授加里·佩尔杜。其他作者包括蒙大拿州立大学研究生特伦顿·沃尔夫，加州大学旧金山分校微生物学与免疫学教授彼得·特恩博，蒙大拿州立大学微生物学与免疫学教授塞思·沃克。
本研究得到了美国国立卫生研究院、美国国家食品与农业研究所和宾夕法尼亚州卫生部的支持。
