亚砷酸盐和双酚A对斑马鱼的共同暴露效应：重点关注肠道微生物群在砷代丁酸生物合成相关毒性中的作用

《Aquatic Toxicology》：Co-exposure effects of arsenite and bisphenol A on zebrafish: A focus on gut microbiota’s role in arsenobetaine biosynthesis-related toxicity

砷（As）的生物转化中，双酚A（BPA）协同干扰肠道菌群并抑制低毒砷化物砷胆碱（AsB）合成，加剧砷毒性的机制研究。通过28天zebr呀鱼共暴露实验，结合宏基因组测序、转录组分析和砷形态检测，发现BPA导致肠道菌群失调，抑制AsB生成，使总砷及高毒As(V)浓度显著升高，并破坏肠屏障与诱发炎症反应。该研究首次阐明非金属污染物通过微生物代谢干扰加剧重金属毒性的协同机制，为混合物风险评估提供新证据。

　　砷是一种广泛存在于自然环境中的有毒金属loid，被归类为人类致癌物。它不仅通过自然过程释放，也因人类活动进入水体，对生态系统和人类健康构成威胁。砷的毒性与其化学形态密切相关，其中无机砷（iAs）比有机形态更具危害性。在水体中，砷主要以砷化物（As(III)）和砷酸盐（As(V)）的形式存在，而As(III)因其更高的生物活性和毒性，成为研究的重点。为了应对As(III)的毒性，鱼类已经进化出多种解毒机制，包括将As(III)转化为毒性较低或无毒的化合物，如砷胆碱（AsB）。这一过程不仅有助于减少砷对生物体的直接危害，还可能通过调节体内代谢路径，降低砷的生物累积。

然而，在实际环境中，砷往往与其他污染物共同存在，这种共污染可能对砷的生物累积和转化产生重要影响。例如，双酚A（BPA）作为一种广泛使用的环境内分泌干扰物，其在水体中的存在可能与砷的污染形成叠加效应。BPA在水体中的浓度范围较广，通常在10.8至370微克/升之间，而As(III)的浓度则在0.8至超过1000微克/升之间。尽管目前对于这两种物质在相同水样中的同步检测数据尚不充分，但它们在水体中的独立存在已被广泛记录，因此共暴露成为一种可能的环境现实。

研究表明，BPA可能通过影响肠道微生物群的组成和功能，间接干扰砷的生物转化过程。肠道微生物群在iAs的解毒中起着至关重要的作用，几乎80%的摄入iAs都通过肠道微生物进行转化。这一转化过程不仅将高毒性的As(III)转化为毒性较低的As(V)、单甲基砷酸（MMA）、二甲基砷酸（DMA）以及AsB，还可能通过调节肠道屏障功能，减少砷对宿主的直接伤害。然而，当BPA与As(III)共同暴露时，这一微生物介导的解毒机制可能被削弱，导致更多的有毒砷物种积累，同时肠道屏障功能受损，引发炎症反应和组织损伤。

本研究通过使用斑马鱼（Danio rerio）作为环境毒理学的模型生物，探讨了BPA对砷生物转化和毒性的影响。斑马鱼因其在环境毒理学中的广泛应用，成为研究生物体对污染物反应的理想选择。实验中，斑马鱼被暴露于As(III)、BPA或它们的组合中，持续28天。通过整合肠道微生物组的16S rRNA测序、宿主肠道转录组学分析以及砷形态分析，研究人员测试了三个相互关联的假设：(i) BPA诱导的微生物群失调会增加有毒As(V)的积累；(ii) BPA会抑制微生物驱动的AsB生物合成；(iii)这些代谢变化会加剧肠道毒性。实验结果显示，在As(III)和BPA共同暴露的斑马鱼中，肌肉组织中的总砷和As(V)水平显著升高，而AsB的浓度则明显下降。这种变化伴随着明显的肠道损伤，表明As(V)的积累与肠道损伤之间存在强相关性。

进一步的机制研究表明，BPA通过改变肠道微生物群的组成，抑制了AsB的生物合成，从而增加了有毒砷物种的负担。同时，BPA可能通过影响宿主的基因表达，上调与药物代谢和花生四烯酸代谢相关的通路，这可能与微生物群失调协同作用，放大砷的毒性效应。这些发现不仅揭示了BPA如何通过干扰微生物介导的解毒机制，加剧砷的毒性，还为化学混合物的毒性研究提供了新的视角。

此外，本研究还强调了在环境风险评估中考虑污染物之间相互作用的重要性。在单一化学物质的研究中，往往忽略了共污染可能带来的叠加效应，而这种效应在实际环境中是普遍存在的。因此，了解污染物之间的相互作用，对于评估和管理水体中的环境风险具有重要意义。本研究的结果表明，BPA不仅影响了砷的生物转化过程，还通过改变肠道微生物群的组成和功能，对宿主的健康产生了深远的影响。

在环境影响方面，BPA的广泛使用和泄漏可能使其在水体中与砷共存，形成复杂的污染环境。这种共污染可能对水生生物的健康构成双重威胁，即一方面增加了砷的毒性，另一方面也对宿主的其他生理功能产生了影响。例如，BPA已被证实对水生生物和人类的发育、内分泌、生殖、免疫和神经系统具有毒性作用。而砷的毒性则主要体现在其化学形态和生物累积上。因此，了解这两种污染物之间的相互作用，对于评估其对生态系统的综合影响至关重要。

本研究的局限性在于，实验主要集中在斑马鱼模型上，可能无法完全反映其他水生生物或哺乳动物的反应。此外，实验条件可能与自然环境中的复杂污染情况存在差异，因此需要进一步的研究来验证这些发现的普遍适用性。然而，本研究为理解化学混合物的毒性提供了重要的基础，也为环境风险评估和管理提供了新的思路和方法。

总的来说，本研究揭示了BPA如何通过干扰肠道微生物群的解毒功能，加剧砷的毒性。这一发现不仅丰富了对砷生物转化机制的理解，还为化学混合物的毒性研究提供了新的视角。在环境管理中，应充分考虑污染物之间的相互作用，以更全面地评估其对生态系统的潜在影响。通过这种方式，可以更有效地制定保护措施，减少砷和其他污染物对水生生物及人类健康的威胁。