接触除草剂草甘膦会导致不适当的威胁反应，并改变肠道微生物的组成

《Frontiers in Toxicology》：Exposure to the herbicide glyphosate leads to inappropriate threat responses and alters gut microbial composition

草甘膦在安全剂量下长期暴露可致大鼠焦虑样行为、脑区BNST活动增强及肠道菌群失调，减少乳酸杆菌丰度，通过 gut-brain轴影响情绪调节。

　　这项研究探讨了除草剂草甘膦（glyphosate）在被认为是人类安全剂量的情况下对焦虑相关行为的影响。研究采用了一种长期暴露模型，对成年雄性大鼠进行了16周的草甘膦摄入，并通过多种行为测试和脑组织及肠道微生物分析，评估了其对焦虑和恐惧反应的影响。研究结果揭示了草甘膦可能通过改变大脑区域的细胞活动以及肠道微生物群落结构，影响情绪调节，进而导致焦虑样行为的增加。以下是对研究内容的详细解读。

### 研究背景与意义

焦虑和恐惧障碍是影响人类心理健康的重要疾病，其特征包括对非威胁性情境的过度警觉和回避行为。这些障碍的成因不仅与遗传、心理和生理因素有关，还可能受到环境因素的影响。近年来，草甘膦作为一种广泛使用的除草剂，因其对哺乳动物的低毒性而被广泛应用于农业生产中。然而，随着其使用量的增加，关于草甘膦对人类健康影响的担忧也日益加剧。特别是，草甘膦被发现可以穿过血脑屏障，对大脑产生潜在影响，这引发了对其与焦虑和恐惧相关疾病之间关系的关注。

此外，肠道微生物群落（gut microbiota）在情绪调节中的作用逐渐受到重视。某些细菌种类，如乳酸菌（Lactobacillus），被认为通过影响血清素（serotonin）的合成与分泌，在调节焦虑和恐惧行为中起着关键作用。因此，草甘膦可能通过干扰肠道微生物群落，进而影响情绪调控，最终导致焦虑样行为的增加。然而，大多数已有的研究使用了远高于人类实际暴露水平的剂量，这使得草甘膦在低剂量下对焦虑和恐惧行为的影响尚不明确。本研究旨在填补这一知识空白，评估在人类安全剂量下，草甘膦是否会对焦虑相关行为产生影响。

### 研究方法

本研究采用成年雄性大鼠作为实验对象，通过提供含有草甘膦的饮用水（剂量为2.0 mg/kg/day）进行为期16周的暴露。在此期间，研究人员在第4周、第10周、第14周和第16周分别进行了一系列行为测试，包括开放场测试（open field test）、高架十字迷宫测试（elevated plus maze test）、社会探索测试（social exploration test）和恐惧条件反射测试（fear conditioning test）。通过这些行为测试，研究人员评估了草甘膦对焦虑和恐惧反应的影响。

在行为测试之后，研究人员使用免疫组化技术（immunohistochemistry）检测了大脑中与焦虑和恐惧相关的区域（如基底外侧杏仁核、床核（BNST）、前额叶皮层等）的细胞活动情况。此外，还收集了大鼠的粪便样本，提取DNA并进行16S rRNA基因测序，以分析草甘膦对肠道微生物群落的影响。

### 研究结果

#### 1. 草甘膦对大鼠体重、饮食和饮水无显著影响

研究结果显示，草甘膦在16周的暴露期间并未显著影响大鼠的体重、饮食量或饮水量。这表明草甘膦在低剂量下并未对大鼠的基本生理状态产生明显的干扰，其影响更可能体现在行为和神经活动上。

#### 2. 草甘膦在10周后增加焦虑样行为

在第10周进行的高架十字迷宫测试中，研究人员发现草甘膦显著减少了大鼠在开放臂中的停留时间。这表明草甘膦可能在这一阶段开始影响大鼠的焦虑样行为。值得注意的是，在第4周的开放场测试中，草甘膦并未表现出对焦虑样行为的显著影响，这可能意味着草甘膦需要一定时间积累才能对焦虑行为产生作用。

#### 3. 草甘膦减少对新物体的探索，但不影响对社会对象的互动

在第14周进行的社会探索测试中，草甘膦暴露的大鼠对新物体的探索时间显著减少，但对同龄同性别的社会对象的互动时间没有显著差异。这一结果表明，草甘膦可能更倾向于影响对中性刺激的反应，而非社会性刺激。同时，草甘膦还增加了大鼠在探索区域的静止时间，以及在场地边缘的停留时间，这可能反映了其对焦虑和回避行为的影响。

#### 4. 草甘膦增加对新中性声音的恐惧反应，但不影响已形成的条件反射

在第16周进行的恐惧条件反射测试中，研究人员发现草甘膦暴露的大鼠在听到新的中性声音时表现出更高的冻结行为（freezing），但对已形成的条件反射（与足部电击相关的声音）则没有显著影响。这表明草甘膦可能增强了对中性刺激的威胁感知，但并未影响已形成的恐惧记忆。

#### 5. 草甘膦增加床核（BNST）的细胞活动

免疫组化分析显示，草甘膦显著增加了BNST区域的细胞活动，而对前额叶皮层（mPFC）的两个子区域（PL和IL）以及杏仁核（BLA和CeA）的细胞活动没有显著影响。BNST是焦虑相关行为的重要调控区域，其活动增强可能解释了草甘膦对焦虑样行为的促进作用。

#### 6. 草甘膦减少肠道中乳酸菌的丰度

16S rRNA测序结果显示，草甘膦显著降低了大鼠肠道中乳酸菌的丰度，而对其他微生物群落的多样性未产生显著影响。这一变化可能影响了肠道中血清素的合成与分泌，从而对焦虑和恐惧行为产生间接影响。

### 研究讨论与机制分析

#### 1. 草甘膦的剂量与安全性

草甘膦在人体中的安全剂量被美国环境保护署（EPA）设定为2.0 mg/kg/day，这一剂量在大鼠中对应的是0.2–0.3 mg/kg/day。研究发现，这一低剂量已足以对焦虑和恐惧行为产生影响，这表明草甘膦可能在较低剂量下就具有潜在的神经毒性。然而，由于大鼠的代谢率远高于人类，因此这一剂量在人类中的实际影响仍需进一步研究。

#### 2. 草甘膦对焦虑样行为的影响具有时间依赖性

研究结果表明，草甘膦对焦虑样行为的影响并非立即显现，而是在暴露时间延长后才逐渐显现。这种时间依赖性可能与草甘膦在体内的积累有关，也可能与大脑和肠道微生物群落的适应过程相关。因此，未来的研究应考虑在不同暴露时间点评估草甘膦的影响，以更全面地理解其作用机制。

#### 3. 草甘膦对威胁感知的影响

草甘膦增加了大鼠对中性刺激的威胁反应，如对新声音的冻结行为。这种现象可能反映了草甘膦对大脑中威胁感知相关区域（如BNST）的调控作用。BNST在处理中性刺激和调节焦虑行为中起着关键作用，其活动增强可能使大鼠对非威胁性刺激产生过度警觉，从而表现出焦虑样行为。

#### 4. 草甘膦通过肠道-大脑轴影响情绪

肠道微生物群落与大脑之间存在密切联系，这种联系主要通过迷走神经（vagus nerve）实现。乳酸菌的减少可能导致血清素的合成和吸收能力下降，从而影响大脑的情绪调节功能。本研究的结果支持了这一观点，即草甘膦通过减少乳酸菌的丰度，间接影响了血清素水平，进而增加了焦虑和回避行为。

#### 5. 乳酸菌与血清素的关系

乳酸菌是肠道中重要的益生菌，其在血清素的合成和分泌过程中起着关键作用。血清素是一种重要的神经递质，参与调节情绪、焦虑和恐惧反应。草甘膦对乳酸菌的抑制可能导致血清素水平的下降，从而影响大脑的情绪调控功能。此外，草甘膦可能通过干扰锰（Mn）的代谢，进一步影响乳酸菌的生长和功能。

#### 6. 研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了重要的证据，表明草甘膦在低剂量下可能对焦虑和恐惧行为产生影响，但仍然存在一些局限性。首先，本研究仅评估了雄性大鼠，而性别差异在焦虑和恐惧行为以及肠道微生物群落的变化中可能存在。因此，未来的研究应考虑评估草甘膦对雌性大鼠的影响。其次，本研究仅在16周后分析了肠道微生物群落的变化，而未评估其随时间的变化趋势。因此，进一步的研究可以关注草甘膦对肠道微生物群落的长期影响。此外，研究中未检测肠道中的锰含量，而锰是乳酸菌生长和功能所必需的，未来可以探索草甘膦对锰代谢的影响。

### 结论与意义

本研究发现，草甘膦在低剂量下可能通过影响肠道微生物群落和大脑活动，增加焦虑和恐惧反应。具体而言，草甘膦的长期暴露导致乳酸菌的减少，进而影响血清素的合成和分泌，使大脑中的BNST区域活动增强，最终引发焦虑样行为和回避反应。这一发现不仅有助于理解草甘膦对人类心理健康的影响，也为环境污染物与精神疾病之间的关系提供了新的视角。因此，草甘膦的安全性需要重新评估，特别是在长期低剂量暴露下的潜在风险。此外，研究还强调了肠道微生物群落在情绪调节中的重要作用，提示我们应更加关注环境因素对肠道健康的影响，以及其对心理健康的影响。