产前接触苯并[a]芘会加重后代小鼠由卵母细胞诱导的哮喘症状

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Prenatal benzo[ a]pyrene exposure exacerbates OVA-induced asthma in offspring mice

孕期苯并[a]芘暴露通过增强气道炎症、黏液分泌及肠道菌群失调（尤其是Clostridia_UCG-014增加）加剧子代哮喘表型，提示早期肠道菌群是哮喘风险预测和干预的潜在靶点。

　　这项研究探讨了孕期暴露于苯并[a]芘（B[a]P）对后代哮喘表型的影响，并通过建立卵清蛋白（OVA）诱导的哮喘小鼠模型，分析了其在哮喘发生机制中的作用。B[a]P是一种多环芳烃（PAHs）类污染物，具有较强的亲和力，能够与芳香烃受体（AhR）结合，并通过AhR-CYP1/红ox轴引发一系列免疫反应和肺部病理变化。研究发现，孕期B[a]P暴露并未显著影响母体的饮食摄入或体重，但明显降低了胎鼠数量。在OVA致敏的后代小鼠中，B[a]P暴露显著增加了胸腺和脾脏的重量、胸腺指数、气道高反应性（AHR）以及BALF中的中性粒细胞和单核细胞数量。此外，B[a]P与OVA共同暴露的小鼠表现出更厚的气道壁、更高的黏液分泌和Muc5ac基因表达水平。通过16S rRNA测序和生物信息学分析，研究还发现B[a]P暴露显著提高了肠道菌群的α多样性，并显著改变了菌群组成，尤其是Clostridia_UCG-014的丰度显著增加。这些结果表明，孕期B[a]P暴露可能通过增强气道炎症、黏液分泌以及肠道菌群失衡，加重OVA诱导的哮喘症状，突显了早期肠道菌群在哮喘风险预测和干预中的潜在作用。

哮喘是一种全球范围内常见的慢性呼吸道疾病，尤其在儿童中更为普遍。它是一种异质性疾病，主要特征包括慢性气道炎症和气道高反应性，临床表现为反复咳嗽、喘息、胸闷和呼吸困难。哮喘可以基于痰液中炎症细胞的分布情况分为四种炎症表型：嗜酸性粒细胞哮喘、中性粒细胞哮喘、少粒细胞哮喘和混合粒细胞哮喘。小鼠哮喘模型常用于模拟人类哮喘的IgE介导的致敏、气道炎症、AHR、黏液过度分泌和气道重塑等特征。根据全球疾病负担研究，哮喘单独就导致了全球约436,000例死亡，其中儿童群体的负担尤为显著。在发达国家，大约1-2%的医疗预算被用于哮喘管理。哮喘的风险因素通常分为宿主因素和环境因素，包括室内和室外空气污染、过敏原、微生物感染和吸烟等。

近年来，研究者越来越关注肠道-肺轴（gut-lung axis）这一双向通讯枢纽，它在肠道菌群与肺部的相互作用中发挥着关键作用。肠道菌群及其代谢产物，如短链脂肪酸、胆汁酸和色氨酸衍生物，能够通过调节Th1/Th2和Th17/Treg的平衡，维持上皮屏障的完整性，并抑制过度的气道炎症。此外，来源于肠道的免疫细胞可以迁移到肺部，从而影响局部的免疫环境。肠道菌群的失调可能通过这些途径加重哮喘的发展和进展。研究还发现，呼吸系统感染可以引发胃肠道症状，而胃肠道菌群的改变则可能反过来增加呼吸道的易感性。特别是在哮喘高风险婴儿中，出生后前100天的肠道菌群组成发生了显著的暂时性变化，表现为有益菌属如Lachnospira、Veillonella、Faecalibacterium和Rothia的丰度减少。这些早期的微生物紊乱可能影响免疫稳态，增加气道炎症和哮喘发生的风险。在儿童中，某些菌属如Bifidobacterium breve M-16V、Bifidobacteria、Faecalibacterium、Rothia、Lachnospira和Veillonella的丰度增加与哮喘风险降低相关，而Bacteroides fragilis subgroup、Clostridium coccoides subcluster XIVa、Streptococcus、Bacteroides和Ruminococcus gnavus的丰度增加则与喘息或哮喘风险增加有关。在小鼠模型中，Akkermansia muciniphila和Turicibacter已被证实能够减轻气道炎症和高反应性，而Streptococcus、Bacteroides、Ruminococcus gnavus和Lactobacillus的丰度增加则促进哮喘表型的发展。然而，关于孕期B[a]P暴露是否通过干扰肠道菌群导致后代哮喘仍不清楚。

研究假设孕期B[a]P暴露通过调节Th1/Th2/Th17/Treg平衡和肠道菌群，增加后代对OVA诱导哮喘的易感性。实验中，孕期小鼠接受B[a]P或玉米油的灌胃处理，而后代小鼠则接受OVA或生理盐水的致敏和挑战处理。在后代小鼠中，研究测量了免疫器官的重量和指数、AHR、气道和肺部组织的炎症情况、黏液分泌和Muc5ac基因表达、OVA特异性IgE以及肠道菌群测序。结果显示，孕期B[a]P暴露并未显著影响母鼠的饮食摄入和体重，但显著减少了胎鼠数量。在OVA致敏的后代中，B[a]P暴露显著增加了胸腺和脾脏的重量及指数，但对肺部的重量和指数影响不显著。这表明，OVA/CFA能够引发系统性淋巴组织的激活，导致脾脏肿大和胸腺增大，而肺部重量则更多反映的是气道炎症、水肿和黏液过度分泌的综合表现。

AHR是哮喘的一个核心特征，表现为气道对非特异性刺激的过度收缩，导致气道狭窄和气道阻力增加。在本研究中，AHR通过测量小鼠在雾化甲基胆碱后的Penh值进行评估。结果显示，与对照组相比，OVA致敏小鼠的Penh值显著升高，而孕期B[a]P暴露进一步加剧了这一现象。此外，B[a]P暴露显著增加了BALF中中性粒细胞和单核细胞的数量，表明其可能通过促进炎症反应加重气道炎症。H&E染色结果显示，OVA致敏小鼠的肺组织表现出明显的炎症细胞浸润、气道狭窄和气道壁增厚，而B[a]P+OVA组的小鼠则表现出更严重的病理变化。PAS染色分析进一步证实了OVA致敏小鼠的黏液分泌增加，而B[a]P+OVA组的黏液分泌量更高，表明孕期B[a]P暴露可能通过增强黏液分泌，加重哮喘症状。

在肺部组织中，B[a]P暴露显著增加了IFN-γ、IL-5和IL-17A的表达水平，其中IFN-γ的增加尤为显著。这些细胞因子的表达变化表明，孕期B[a]P暴露可能通过促进Th1/中性粒细胞主导的免疫反应，而非Th2型反应，加重哮喘的发展。此外，TGF-β的表达在OVA致敏小鼠中也有所增加，而在B[a]P+OVA组中进一步升高。TGF-β在调节Treg细胞分化和气道重塑中起着关键作用，其表达的增加可能有助于炎症的控制和气道结构的改变。然而，尽管IL-5和IL-17A的表达在B[a]P+OVA组中有所上升，但这些变化并未达到统计学显著性，可能与样本量限制或检测灵敏度有关。

在肠道菌群方面，研究通过16S rRNA测序和生物信息学分析，发现孕期B[a]P暴露显著改变了肠道菌群的组成和多样性。OVA致敏小鼠的肠道菌群α多样性降低，而B[a]P+OVA组的小鼠则表现出α多样性增加。这表明，B[a]P可能通过促进肠道菌群的重新组织，影响哮喘的发生。在菌群组成上，B[a]P+OVA组的小鼠表现出Clostridia_UCG-014的显著增加，而Lachnospira等有益菌属的丰度则减少。这些变化可能与肠道菌群失衡有关，进而影响宿主对哮喘的易感性。研究还指出，Clostridia_UCG-014可能是一个与孕期B[a]P暴露相关的肠道菌群标志物，其丰度的增加可能与Th1型免疫反应的增强有关。然而，由于16S rRNA测序无法提供菌株层面的信息，未来的研究需要结合宏基因组测序和靶向代谢组学进一步验证这些菌群的功能性影响。

本研究的局限性包括：首先，动物模型中炎症细胞的比例和特征与人类哮喘存在差异，限制了研究结果在人类中的直接应用。其次，研究仅测试了单一剂量的B[a]P暴露，未评估低剂量暴露的影响，这可能需要更大的样本量和更长时间的观察。此外，某些细胞因子如IL-5和IL-17A在B[a]P+OVA暴露下仅表现出趋势性变化，未能达到统计学显著性，这可能与样本量或检测方法的灵敏度有关。最后，肠道菌群分析依赖于16S rRNA测序，而非宏基因组测序，且未进行菌群功能的实验验证。因此，Clostridia_UCG-014的富集可能只是一个提示信号，而非确凿结论。此外，研究中未包括阴性对照组，可能引入低水平的污染，影响结果的准确性。鉴于样本量较小，研究对中等效应的检测能力有限，未来需要更大的样本量以提高统计效力。

总体而言，本研究揭示了孕期B[a]P暴露对后代哮喘表型的加重作用，特别是在气道炎症、黏液分泌和肠道菌群失衡方面。这些发现不仅加深了对B[a]P在哮喘发生机制中的理解，也为哮喘的早期预防和干预提供了新的视角。未来的研究应进一步探索肠道菌群在哮喘易感性中的具体作用，通过菌群移植实验和功能组学分析，验证其在哮喘发展中的因果关系。同时，研究应关注不同剂量和暴露时间对哮喘表型的影响，以更全面地评估B[a]P对哮喘的潜在风险。此外，还需要结合临床研究，探讨孕期B[a]P暴露对人类哮喘的可能影响，为公共卫生政策提供科学依据。