人类肠道细菌对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的生物富集作用及其生理影响

这篇研究揭示了人类肠道菌群对"永久化学物质"全氟和多氟烷基物质（PFAS）的主动富集机制。通过多组学分析和冷冻聚焦离子束二次离子质谱（FIB-SIMS）成像，首次证实PFAS在细菌胞内形成聚集体，其中拟杆菌属（Bacteroides）表现出高达毫摩尔级的富集能力。研究还发现大肠杆菌（E. coli）的TolC外排泵缺失会增强PFAS积累，定殖高富集菌群的小鼠粪便PFAS排泄量显著增加。这些发现为理解环境污染物-微生物-宿主互作提供了新视角，可能开辟微生物辅助解毒的新途径。

　　

肠道细菌对PFAS的生物富集机制
环境污染物全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其持久性和生物累积性被称为"永久化学物质"。最新研究发现，人类肠道细菌能够主动富集这些化合物，形成独特的胞内储存机制。

肠道细菌隔离转化化学污染物
通过群落筛选和单菌实验证实，38株肠道细菌能在纳摩尔至500μM浓度范围内富集PFAS。其中拟杆菌属（Bacteroides uniformis）表现突出，即使在高浓度下仍保持生长。实验采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，发现细菌对PFAS的处理可分为生物富集（胞内储存）和生物转化（化学修饰）两种模式。

PFAS富集的种属特异性
测试89株微生物（涵盖主要细菌门类和3株酵母）显示，拟杆菌门（Bacteroidota）富集能力最强。革兰氏阴性菌普遍优于革兰氏阳性菌，但大肠杆菌（Escherichia coli）是个例外。值得注意的是，高脂含量的酵母仅显示约5%的富集率，暗示除脂质含量外还有其他决定因素。

快速高效的富集动力学
B. uniformis在3分钟内即可完成PFAS摄取，且富集程度与细胞密度正相关。在7天观察期内，被富集的PFAS未见释放。特别的是，即使在0.34 nM（160 ng l^-1）的环境相关浓度下，仍观察到37%的富集率，胞内浓度提升50倍。

TolC依赖的调控机制
比较研究发现，活菌与灭活菌的PFAS富集模式不同。大肠杆菌TolC外排泵缺失突变体（ΔtolC）显示PFDA富集增加1.5倍，PFNA增加5倍，伴随生长抑制加剧。这证实了主动转运系统在调控胞内PFAS水平中的作用。

冷冻FIB-SIMS揭示胞内聚集体
突破性的冷冻聚焦离子束二次离子质谱（FIB-SIMS）三维成像显示，PFNA在ΔtolC大肠杆菌胞内形成不均匀分布的氟信号簇。透射电镜（TEM）观察到PFAS处理菌的细胞质凝聚现象，图像分析显示处理组平均像素强度和凝聚体数量显著增加。

实验室进化与多组学响应
在500μM PFAS压力下，B. uniformis等菌株经20代（约100代）即出现适应性进化。基因组测序发现55个PFAS相关变异，半数位于非编码区。蛋白质组学显示膜转运蛋白（如RND家族外排泵）表达变化，代谢组检测到谷氨酸、天冬氨酸等氨基酸水平波动，呈现类似酸应激的反应模式。

微生物影响PFAS体内排泄
定殖人源菌群（Com20）的无菌小鼠实验显示，相比无菌对照，菌群定殖组粪便PFNA水平显著升高（3小时达7.9倍）。特别的是，定殖高富集菌群（HC）的小鼠比低富集菌群（LC）组排泄量高2.4-3.8倍。即使在0.1 mg kg^-1（人类等效剂量8.1 μg kg^-1）的低剂量下，这一趋势仍然保持。

这项研究首次系统揭示了肠道微生物作为"生物过滤器"对环境污染物的主动调控能力，为开发基于微生物组的解毒策略提供了理论基础。发现的胞内富集机制突破了传统认为PFAS仅结合细胞膜的观点，而菌群差异影响宿主排泄的发现，则可能解释个体间PFAS蓄积差异的原因。