从肠道菌群视角揭示硒调控镉生物有效性与毒性的作用机制及其在健康风险干预中的意义

本研究针对Cd污染区居民长寿现象，探讨Se对Cd生物有效性及肝毒性的调控机制。通过小鼠实验发现，中等剂量Se（0.5 mg/kg）短期干预（10天）通过重塑肠道菌群（如Faecalibaculum、Dubosiella）、增强次级胆汁酸代谢、修复肠屏障并降低LPS入血，有效缓解Cd诱导的肝炎症和氧化应激，为Se精准干预Cd暴露风险提供理论依据。

　　

在浙江衢州等天然富集镉（Cd）与硒（Se）的地区，居民常表现出显著的长寿特征，这一现象引发了科学界对两种元素相互作用的深入思考。镉作为强致癌和致畸重金属，其污染已成为全球性环境与公共卫生问题，而稻米作为主食是人群膳食Cd暴露的主要来源。长期摄入Cd污染稻米可导致肝脏氧化应激、肠道炎症等多重健康损害。然而，Se与Cd共暴露是否影响Cd的生物有效性？Se如何拮抗Cd毒性？其关键机制与适宜剂量又如何？这些问题尚未得到系统阐明。

针对上述问题，浙江大学环境与资源学院刘杏梅教授团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表研究论文，通过小鼠实验结合多组学技术，从肠道菌群视角揭示了Se调控Cd生物有效性及毒性的分子机制。研究采用Cd污染稻米配制小鼠饲料，设置低（0.1 mg/kg）、中（0.5 mg/kg）、高（2 mg/kg）三种Se剂量及10天、30天两个暴露时长，系统评估了Se对Cd生物利用率、肝毒性及肠道微生态的影响。

研究主要采用以下关键技术方法：1）小鼠体内实验与组织Cd含量检测（ICP-MS）；2）肝脏氧化应激指标（MDA、SOD、CAT、GSH-Px）及功能酶（ALT、AST）测定；3）肠道菌群16S rRNA测序与粪菌移植（FMT）；4）非靶向代谢组学（UHPLC）分析肝与肠道代谢物；5） Raman光谱鉴定肝组织中CdSe化合物形成；6） ELISA检测血清LPS及肝炎症因子（IL-1β、IL-10）；7） qPCR分析肠屏障紧密连接蛋白（ZO-1、OCLN）表达。

3.1. Se添加未降低稻米中Cd的生物有效性

研究发现，Se补充并未降低Cd在肝脏和肾脏中的积累，反而呈现生物有效性升高趋势（Cd10: 63.6% → MSe10: 64.1–72.0%）。Raman光谱在MSe10和HSe10组肝组织中检测到203 cm^?1特征峰，证实CdSe复合物形成，说明Se通过固定Cd为惰性化合物减少游离Cd²⁺毒性，但可能导致Cd组织累积。

3.2. Se对Cd诱导肝损伤的双重效应：抗氧化酶活性与组织学证据

中等剂量Se（MSe10）显著改善Cd引起的氧化应激，恢复SOD、CAT、GSH-Px活性，降低MDA、ALT、AST水平（p< 0.05），并减轻肝血窦充血和炎症细胞浸润。但低剂量Se（LSe10）效果不显著，高剂量Se（HSe10）反而加剧炎症，表明Se的保护作用具有剂量依赖性。

3.3.肝脏代谢响应Cd暴露与Se添加

非靶向代谢组学显示，Cd暴露扰动氮代谢、氨基酸代谢等通路；MSe10显著上调组氨酸、γ-亚麻酸、二十碳五烯酸等抗炎代谢物，并富集不饱和脂肪酸合成与氨基酸tRNA生物合成通路，提示Se通过调节代谢网络缓解Cd毒性。

3.4. Se调控Cd毒性的机制

3.4.1. 重塑肠道菌群群落

Cd暴露降低Firmicutes、Proteobacteria丰度，升高Actinobacteriota；MSe10特异性富益生菌Faecalibaculum（与抗肿瘤相关）和Dubosiella（产短链脂肪酸免疫调节），二者与抗氧化酶活性正相关，与肝损伤指标负相关。

3.4.2. 改变肠道代谢物

MSe10提升次级胆汁酸（石胆酸、脱氧胆酸）水平，增强胆汁酸代谢；并促进半胱氨酸（Cys）生成，通过巯基螯合Cd离子。KEGG分析显示“胆汁分泌”和“次级胆汁酸生物合成”通路富集。

3.4.3. 修复肠屏障与减少LPS泄漏

粪菌移植（FMT）证实MSe10来源菌群可上调ZO-1、OCLN表达，修复肠屏障，降低血清LPS水平，减少肝炎症因子IL-1β、增加抗炎因子IL-10，抑制TLR4通路激活，从而缓解肝炎症。

3.5. 基于Cd-Se相互作用的Se适宜剂量范围提出

研究提出Se干预Cd暴露的适宜剂量需满足：ED_Se > ED_Cd + Δ_Se（生理所需最低Se），且ED_Se < ED_Cd + ?_Se（Se中毒阈值），以摩尔浓度计算，确保Se/Cd摩尔比>1:1的同时维持Se在生理安全范围。

4. 结论

本研究揭示Se通过调控肠道菌群（如Faecalibaculum、Dubosiella）—代谢物（次级胆汁酸、Cys）—肠屏障（ZO-1、OCLN）—LPS—肝轴通路，拮抗Cd肝毒性，且效应依赖剂量与时间（中剂量短期最佳）。Se未降低Cd生物有效性，但通过形成CdSe复合物与微生态调节实现解毒。研究为Cd污染区Se精准营养干预提供了理论与实验依据，深化了对“肠-肝轴”在重金属毒性调控中作用的理解。