苯扎氯铵通过肠道菌群代谢紊乱诱导鲤鱼肠道毒性机制研究

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：The toxic effects of benzalkonium chloride on intestinal health in common carp ( Cyprinus carpio L.): Potential role of intestinal microbiota-derived metabolites dysbiosis

本研究针对消毒剂苯扎氯铵(BAC)对水生生物肠道健康的影响机制，通过环境相关浓度(60-600?μg/L)暴露实验，发现BAC通过破坏鲤鱼肠道菌群平衡，显著改变甘油磷脂代谢、α-亚麻酸代谢等脂质代谢通路，诱发氧化应激(ROS、8-OHdG、MDA升高)和炎症反应(TNF-α、IL-1β等上调)，导致肠道屏障损伤。研究首次揭示BAC与肠道脂肪酸结合蛋白(I-FABP)的高亲和力结合(-7.510?kcal/mol)，为评估消毒剂生态风险提供理论依据。

　　

随着消毒剂在日常生活和农业生产中的广泛使用，季铵盐类消毒剂苯扎氯铵(BAC)在水环境中的残留浓度日益升高，最高可达342?μg/L。这种具有持久性的化学物质不仅对微生物产生杀灭作用，更可能通过食物链影响水生生物健康。尤其值得关注的是，作为直接接触外源物质的器官，肠道及其内部复杂的微生物生态系统可能成为BAC毒性的重要靶标。然而，关于BAC如何通过扰乱肠道菌群及其代谢产物，进而影响宿主健康的机制尚不明确。

针对这一科学问题，河南师范大学的研究团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上发表了最新研究成果。他们以常见淡水经济鱼类鲤鱼(Cyprinus carpio L.)为模型，通过28天的环境相关浓度BAC暴露实验(60、300、600?μg/L)，系统评估了BAC对肠道健康的综合影响。

研究团队采用了多组学整合分析策略：通过组织病理学观察肠道结构变化；利用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测紧密连接蛋白(ZO-1、claudin-2)、炎症因子(TNF-α、TGF-β、IL-1β、IL-6)和氧化应激指标(ROS、8-OHdG、MDA、SOD、CAT)；采用分子对接和分子动力学模拟研究BAC与肠道脂肪酸结合蛋白(I-FABP)和回肠胆汁酸结合蛋白(I-BABP)的相互作用；结合16S rRNA测序和液相色谱-质谱联用(LC-MS)非靶向代谢组学分析微生物群落结构和代谢物变化。

3.1. 肠道组织学观察

H&E染色结果显示，BAC暴露导致鲤鱼肠道结构显著损伤。300和600?μg/L组出现肠绒毛上皮损伤、固有层消失，中央乳糜管和肠平滑肌空泡化，杯状细胞数量显著减少，表明BAC破坏了肠道物理屏障完整性。

3.2. 紧密连接蛋白

300和600?μg/L BAC处理显著提高了claudin-2水平，而ZO-1含量无显著变化，提示BAC可能通过调节紧密连接蛋白增加肠道通透性。

3.3. 炎症因子

中高浓度BAC(300、600?μg/L)显著提升TNF-α、TGF-β、IL-1β和IL-6含量，证实BAC诱发肠道炎症反应。

3.4. 氧化应激相关指标

BAC暴露导致ROS、8-OHdG和MDA含量显著上升，SOD活性降低而CAT活性升高，表明BAC引起氧化应激和脂质过氧化损伤。LPS和5-HT含量的增加进一步证实了肠道菌群失调相关的炎症反应。

3.5. 脂肪酶和α-淀粉酶活性

所有BAC浓度均显著抑制脂肪酶活性，600?μg/L组α-淀粉酶活性也受到抑制，说明BAC干扰了肠道消化功能。

3.6. I-FABP/I-BABP与BAC复合物的结合和动态特性

分子对接显示BAC与I-FABP结合亲和力达-7.510?kcal/mol，高于其天然配体月桂酸(-6.760?kcal/mol)。分子动力学模拟证实BAC在I-FABP结合位点具有良好稳定性，提示BAC可能直接干扰脂肪酸吸收。

3.7. BAC暴露下肠道菌群失调

PCA分析显示BAC处理组与对照组微生物群落结构显著分离。Oscillospirales丰度显著降低，而Cetobacterium、Aeromonas等菌属丰度上升，表明BAC改变了肠道微生物组成。

3.8. BAC暴露影响肠道代谢组

代谢组学鉴定出5415个差异代谢物，主要涉及羧酸及其衍生物、脂肪酰基等类别。KEGG富集分析显示脂肪酸生物合成、甘油磷脂代谢、α-亚麻酸代谢等脂质代谢通路显著改变。短链脂肪酸(尤其是丁酸)含量下降，胆汁酸代谢紊乱。

3.9. 肠道菌群及其功能在脂质代谢中的潜在作用

相关性分析发现Alloprevotella与脂肪酸生物合成和甘油磷脂代谢产物正相关，Clostridium_sensu_stricto_7和Bacteroides与花生四烯酸代谢产物显著相关。微生物功能预测显示BAC影响了accC等脂肪酸合成相关基因表达。

本研究通过多组学整合分析，揭示了BAC通过扰乱肠道菌群-代谢物轴诱导鲤鱼肠道毒性的新机制。特别值得注意的是，BAC不仅直接损伤肠道屏障功能，更通过改变微生物群落结构，干扰脂质代谢网络平衡，导致炎症反应和氧化应激。研究发现BAC与脂质代谢关键蛋白I-FABP具有高亲和力结合，为理解消毒剂对水生生物的代谢干扰效应提供了分子水平证据。该研究强调在评估消毒剂环境风险时，必须考虑其对宿主-微生物互作的影响，为合理使用消毒剂提供了重要科学依据。