《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Fermented foods as a strategy to reduce heavy metal toxicity in humans: Mechanistic insights and emerging evidence
摘要
背景
重金属的慢性暴露仍然是一个主要的全球性健康问题，其主要驱动力来自受污染食品和饮用水中的膳食摄入。当前基于源头控制和药理学干预（如螯合疗法）的缓解策略，对于广泛、低水平的暴露往往不切实际，这凸显了对补充性长期策略的需求，包括在胃肠道内发挥作用的膳食干预措施。
范围与方法
发酵食品在此背景下可能具有相关性，因为它们代表了由微生物、发酵衍生的代谢物以及结构上发生改变的食物基质所组成的复杂生物系统，这些因素共同影响金属在肠道中的生物可及性（bioaccessibility）和吸附，并对全身性生物蓄积及宿主反应产生下游效应。此外，近期临床研究表明，发酵食品可以调节肠道微生物群和免疫系统，这两者在减轻重金属负荷方面均发挥作用。
主要发现与结论
来自体外（in vitro）和动物研究的实验证据表明，发酵食品或其相关微生物可以减少肠道金属吸收，增强粪便金属排泄，并减轻与金属暴露相关的氧化应激和组织损伤。新兴的人体证据显示了潜在益处；然而，证据非常有限。在本综述中，我们概述了发酵食品可能减轻重金属毒性的机制，并提出发酵食品可能代表一种可及的、基于膳食的策略，以减轻慢性金属暴露的毒性效应。然而，需要进一步的临床研究来确定其功效，并明确最佳的食物基质、微生物特性和摄入水平。
1. 引言
公众对重金属毒性的认知几乎完全由涉及急性、高水平暴露的灾难性事件所塑造。这些事件是可识别的，因为它们会产生与特定地点和时间相关联的明确综合征。相比之下，慢性、低水平暴露在临床和毒理学上难以表征，因为没有标准的表现形式或可识别的发病点。虽然大多数人从未发生急性重金属中毒，但几乎每个人都携带着一定程度的低水平暴露负荷。
重金属是广泛存在的污染物，在环境和生物系统中持续循环，导致大多数人群持续受到低剂量暴露。广义上，该术语指的是天然存在的金属元素和类金属——如砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）和铬（Cr）——其特征在于高原子量和高密度。这些污染物主要通过受污染的土壤和水进入人类食物链，导致在海鲜和作物中发生生物蓄积，以及通过食品加工和包装进入。这些金属的持续膳食摄入与神经发育损伤、肾和肝功能不全、免疫和心血管紊乱以及癌症风险增加有关。这些不良影响在儿童和孕妇等弱势群体中尤为显著。
人体对重金属暴露有一些防御机制，可以在吸收前通过粪便排泄将其清除，或者一旦被吸收，则通过肾脏和胆汁途径非常缓慢地清除，这使得暴露发生后的全身清除能力有限。因此，重金属可以在组织中蓄积，降低了吸收后缓解策略的有效性。当前的监管措施，如环境排放上限和膳食污染物限值，已帮助大幅减轻了这一负担。然而，此类政策实施缓慢，不足以完全消除环境污染。此外，药理学螯合疗法等临床干预措施具有侵入性、昂贵，并且通常保留用于严重的急性病例。因此，在处理慢性、低水平暴露方面仍然存在关键的治疗缺口。在这种背景下，胃肠道代表了拦截重金属在其主要溶解和吸收位点的一个关键且高度可及的靶点。
旨在减轻重金属负担的膳食策略已成为一种有吸引力的、非侵入性的方法，可以在人群水平上实施，并可能在全身吸收发生前直接作用于胃肠道。多种食物成分，包括膳食纤维、植物化学物质、抗氧化剂、益生菌和富含矿物质的食物，已被报道可以降低重金属的生物利用度或减轻金属诱导的氧化应激和炎症。然而，许多这些方法仅针对单一的保护机制，并且其有效性通常取决于特定的金属、食物基质和宿主特征。
为了解决单一机制膳食干预的局限性，发酵食品提供了一种独特的综合性方法。发酵产生活的微生物和生物活性代谢物，同时改变食物底物的理化性质。近期的临床前证据支持发酵食品在减轻重金属毒性方面的潜力，可能通过多种互补途径实现。临床前证据表明，发酵食品及其微生物成分可以通过增强肠道屏障完整性、调节肠道微生物组以及减少氧化应激和炎症来保护免受化学和金属诱导的肠道及全身性损伤。至关重要的是，发酵可以改变原始食物基质，通过改变微生物组成、pH值、生物活性代谢物、胞外聚合物、肽、纤维和矿物质相互作用——所有这些都可能影响重金属的生物可及性和吸收。与分离的益生菌或膳食补充剂不同，发酵食品提供了一个复杂的基质，其中微生物、发酵衍生的代谢物和食物成分可以协同作用，以降低重金属的生物利用度和毒性。
在本综述中，我们检验了发酵食品作为减轻人类慢性、低水平重金属毒性的潜在膳食干预措施。我们首先总结了食品中的重金属污染，包括膳食来源、生物可及性、生物利用度以及与基于食品的缓解相关的挑战。然后，我们讨论了发酵食品的组成以及发酵相关微生物、代谢物和食物基质可能影响重金属结合、转化、吸收和排泄的多种机制途径。通过整合来自体外、动物和人类研究的证据，本综述对发酵食品在减轻膳食重金属暴露方面的潜在作用、局限性和转化相关性提供了全面评估。
2. 食品中的重金属：膳食来源、生物可及性和食物基质考量
在本综述中，“重金属”被广泛使用，也包括环境中持久存在的金属和类金属：砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）、铬（Cr）、镍（Ni）和铜（Cu）。由于这些元素化学性质稳定且抗降解，它们可以在环境中持续存在并在食品和人体组织中蓄积。尽管急性中毒可能源于职业或意外暴露，但本综述侧重于慢性、低水平膳食暴露这一更广泛的群体性问题。
重金属在生产阶段和收获后处理阶段都会进入食品供应链。在生产阶段，主要输入包括受污染的土壤、灌溉水、大气沉降、农业投入品和受污染的水生系统。在后期，进一步污染发生在食品加工、包装以及与制造设备的接触过程中。植物很容易从土壤和水中吸收这些金属，使得大米、谷物、叶类蔬菜和根茎类蔬菜成为砷、镉和铅的主要膳食来源。在水生系统中，无机汞可以被微生物转化为甲基汞，通过食物网进行生物放大，并在大型掠食性鱼类中达到高浓度。无机砷物种，如亚砷酸盐和砷酸盐，会污染大米和饮用水，而海鲜和海洋藻类可能含有更广泛的无机和有机砷化合物。饮用水可能通过富含砷的地下水以及含铅管道的腐蚀进一步导致暴露。
其毒性影响取决于浓度、化学形态、暴露持续时间以及从食物基质中释放并在体内吸收的部分。这两个过程都受化学形态的支配，因为金属物种的离子特性决定了它结合什么。二价阳离子如Pb2?和Cd2?可以作用于食物成分和微生物细胞壁中带负电荷的羧基、磷酸基和羟基，它们的释放和结合受到pH值以及钙、铁、镁和锌等必需离子竞争的强烈影响。无机Hg2?对含硫配体具有高亲和力，而甲基汞更具亲脂性，易于穿过生物膜。砷的行为不同：砷酸盐带负电荷，可以与磷酸盐竞争，而亚砷酸盐则与含硫基团强烈相互作用。因此，针对特定重金属的食物或微生物策略不能假定在不同金属或替代化学物种上发挥相同的作用。
因此，食物基质的组成和加工可以影响金属的生物可及性，并为膳食干预提供靶点。纤维、蛋白质、肽、植酸盐、多酚和矿物质可能结合金属或与其肠道吸收竞争，而加工可以改变这些相互作用。重要的是，这些效应取决于金属形态和基质组成，可能减少或增加生物可及性。因此，必须针对特定金属和化学形式评估基于食品的干预措施。
3. 发酵食品：定义与组成
发酵食品是通过微生物的控制生长以及将食品成分酶促转化为多种代谢物而产生的。在食品科学中，该术语涵盖在有氧和无氧条件下的微生物转化，由乳酸菌（LAB）、醋酸菌、酵母、芽孢杆菌和丝状真菌进行。发酵有助于保存、安全、风味和质地。总之，这些微生物驱动了多种食品中的酸、醇和碱性发酵，将原材料转化为具有独特理化和感官特性的产品。因此，发酵食品代表了活的（或灭活的）微生物、其代谢物和结构修饰的食物基质相互作用的复杂系统。
发酵食品在世界各地以高度多样的形式生产，记录了跨文化的数千种传统食品和饮料。尽管存在这种多样性，但大多数属于几个大类，包括发酵乳制品、蔬菜和水果、谷物、豆类、肉类和鱼类，以及酒精和非酒精饮料。生产方法在时间、温度、盐分和水分方面差异很大，这塑造了微生物群落和最终产品特性。
一种发酵食品提供三种不同的组分，用于描述它们的术语反映了正在讨论的是哪种组分。第一种是微生物生物量。含有活微生物的发酵食品只有在包含特定的、活的可食用菌株，并且在摄入足够量时已被证明对宿主具有健康益处时，才能进一步归类为“益生菌”。许多面包、酱油和热处理产品在食用时不含有活微生物。尽管巴氏杀菌等加工消除了微生物的存活性，但越来越多的证据表明，热灭活的微生物保留了能够结合重金属和调节宿主反应的细胞壁结构和胞外多糖。然而，活发酵食品与巴氏杀菌发酵食品在重金属解毒方面的相对功效仍不清楚。第二种组分是发酵衍生的代谢物，包括有机酸、肽和胞外多糖。第三种是结构修饰的底物本身，它保留了膳食纤维和其他可被肠道微生物利用的可发酵碳水化合物；那些已被证明具有临床益处的被归类为益生元。此外，发酵食品可能含有非存活的微生物细胞、细胞碎片和仍具有生物活性的代谢副产物。当这些组分被证明能赋予健康益处时，它们可以被归类为“后生元”。
这种复合特性使发酵食品区别于分离的益生菌或后生元制剂，后者仅提供其中一种组分。这也意味着这三种组分被定位在胃肠道的不同位点发挥作用，这为考虑机制提供了组织结构。
4. 发酵食品可能影响人体内重金属归宿和毒性的机制
发酵食品可能影响摄入重金属归宿的机制最好根据它们在胃肠道中可能作用的部位来组织。可以考虑四个主要阶段。首先，在食物基质和肠腔内，微生物细胞壁、胞外聚合物和基质结合组分可以结合或转化金属，以减少可生物可及的部分。在上皮细胞处，微生物信号和发酵驱动的代谢物可以增强屏障功能，并限制剩余部分被吸收的量。如果发生吸收，抗氧化和抗炎化合物可能会提高宿主耐受性，并有助于减轻重金属暴露的全身性影响。最后，微生物和宿主代谢活动可能促进胆汁和粪便消除，并减少肠肝循环。因此，发酵食品并非通过单一途径起作用，而是构成复杂的系统，其中食物基质、微生物细胞和发酵衍生的代谢物可能共同作用，影响重金属的胃肠道归宿和毒性。
支持这些机制的证据主要来自体外系统、分离的微生物菌株和动物模型。它们在这里作为合理的途径呈现，而非既定效应，除非明确引用了人体数据，否则没有一项已在受控人体研究中得到证实。
4.1. 食物基质和肠腔内金属生物可及性的调节
目前的证据表明，发酵可能主要通过改变食物基质和胃肠腔内的金属生物可及性来影响重金属暴露，而不仅仅是去除食品中的金属。三个互补的机制可能有所贡献：发酵引起的食物基质理化变化；微生物生物吸附、生物蓄积和生物转化；以及金属与发酵食品基质组分之间的直接相互作用。这些过程共同可能改变金属的结合、形态、溶解度和肠道可利用性。然而，直接的食品层面证据仍然有限，且效果因底物、微生物、发酵条件、金属种类和加工方法而异。
4.1.1. 发酵引起的食物基质理化变化
发酵通过降解抗营养化合物、修饰蛋白质和多糖、产生有机酸、胞外多糖（EPS）和生物活性肽，以及改变pH值、氧化还原条件和微生物生物量，而显著改变食品的理化性质。虽然这些转化通常会增强铁、锌和钙等必需矿物质的生物利用度，但它们对有毒金属的影响则更为复杂。例如，植酸降解可能增加某些金属的生物可及性，而发酵衍生的生物量和代谢物可能促进金属结合、螯合、沉淀和形态变化，从而限制肠道吸收。因此，不应假定发酵能均匀地降低金属生物可及性；其净效应取决于金属种类、食物基质、微生物和加工条件。
底物组成是这些效应的重要决定因素，因为不同的食物基质在发酵过程中既会产生不同的化合物，也具有不同的内在金属结合特性。富含蛋白质的底物可能有利于生物活性肽的产生，蛋白质水解的程度取决于底物-菌株的兼容性，而燕麦和大豆基质的发酵可产生不同的发酵性能和功能特性。植物多糖在羟基、硫酸基和羧基等能与金属相互作用的基团丰度上也存在差异；海藻来源的多糖提供了这些结构差异如何影响金属吸附的清晰示例。
发酵食品基质也可以直接促进金属封存。纤维素和果胶等膳食纤维提供了能够结合金属离子的官能团，而蛋白质、肽和矿物质成分提供了额外的结合或螯合位点。钙和磷酸盐等矿物质也可能与有毒金属竞争肠道吸收。同时，基质支持微生物生长以及EPS和细胞壁组分的产生，这些可以提供额外的金属结合位点。可发酵纤维和低聚糖可能进一步影响肠道转运和微生物活性。
食物基质可能通过保护微生物在胃肠道转运过程中的活性来进一步影响这些微生物功能。蛋白质、脂质和多糖可以缓冲微生物免受胃酸和胆汁暴露的影响，保持其活力和细胞表面完整性。这种保护可能增加到达肠道的代谢活性微生物的比例，并扩大管腔内生物吸附和生物转化的机会。基质介导的保护因此代表了发酵食品相对于分离微生物制剂的潜在优势。
与这些机制一致，食品加工研究表明，发酵可以改变多种食物基质中的重金属浓度，尽管这些效应的幅度和方向高度依赖于基质和工艺。例如，混合乳酸菌发酵后洗涤，使受镉污染米粉中的镉浓度降低了约88%，用发酵面粉制备的面条中也保持了类似的降低。在一种优化了植物乳杆菌和酿酒酵母顺序发酵的黑木耳-红枣-白刺果饮料中，铅浓度相对于未发酵饮料降低了约59%。在几种蔬菜的自发乳酸发酵中也观察到铅和镉的较小幅度降低，而热处理糖海带的发酵降低了镉和汞，但未显著改变铅或总砷。同样，可可发酵显著降低了铅和镍浓度，尽管模拟消化表明，较低的总金属浓度并不一定对应成比例的较低肠道生物利用度。
4.1.2. 微生物生物吸附和腔内封存
发酵食品包含复杂多样的微生物群落，包括细菌、酵母和丝状真菌。这些微生物在食物基质中的存在代表了发酵食品可能促进重金属解毒的主要机制途径之一。然而，需要注意的是，大多数关于微生物重金属结合和转化的机制证据来自体外研究和临床前动物模型。生物吸附是一个快速、被动的过程，其中重金属结合到微生物结构上。它不需要代谢活动，由细胞壁组分和EPS中存在的带负电荷官能团（如羧基、羟基和磷酸基）介导。摄入后，重金属首先遇到食物基质中存在的微生物，随后遇到肠腔中的微生物，在此与微生物表面的结合限制了可与上皮相互作用的组分。
生物吸附对二价阳离子金属如Pb2?、Cd2?和Hg2?尤其重要，因为它们对细菌细胞壁和胞外多糖上带负电荷的官能团具有高亲和力。相反，这种机制对于砷等类金属可能不太重要，其主要化学物种对带负电荷的细菌细胞壁组分亲和力较低。因此，砷的解毒被认为更多地依赖于微生物代谢、化学形态的改变和宿主介导的机制，而非直接表面吸附。
发酵食品中常见的革兰氏阳性菌，如乳杆菌属物种，具有富含肽聚糖、磷壁酸和胞外聚合物的厚细胞壁，为重金属提供了大量带负电荷的结合位点。除了表面吸附，微生物还可以通过细胞内封存进一步降低金属毒性。在酵母和丝状真菌中，金属可以通过转运体和多磷酸盐介导的过程在液泡内区室化，而细菌通过细胞内颗粒和金属-磷酸盐复合物实现功能性区室化。虽然表面结合可能在胃肠道转运初期占主导地位，但细胞内封存可能有助于毒性离子在微生物生物量内的长期滞留，随后可通过粪便排泄清除，从而限制全身吸收。
微生物活性并非生物吸附的严格必要条件，因为热灭活的细胞保留了大量的金属结合能力。只要细胞壁结构保持完整，非存活微生物生物量可以作为有效的被动生物吸附剂。因此，巴氏杀菌或陈化的发酵食品仍可能有助于重金属封存。这个概念与对后生元日益增长的兴趣一致，后者已被证明在免疫调节和肠道屏障功能中发挥作用；然而，它们对重金属解毒的具体贡献仍有待确定。
4.1.3. 微生物生物蓄积和生物转化
除了生物吸附，某些与发酵食品相关的微生物，以及某些肠道微生物群分类群，可能通过代谢活性过程进一步降低重金属的生物利用度，包括细胞内生物蓄积和酶促生物转化。细胞内生物蓄积是指活的微生物细胞通过离子通道、转运体或其他膜相关途径摄取金属。一旦内化，金属通过低分子量螯合剂以反应性较低的形式被固定。这些转运途径可能促进二价和三价金属离子进入微生物细胞，从而影响摄入金属的整体生物利用度。在细菌、酵母和丝状真菌中，观察到两种主要的生物蓄积策略：细胞内螯合和区室化。螯合涉及合成低分子量、金属结合分子，将毒性离子以反应性较低的形式封存。关键的细胞内螯合剂包括金属硫蛋白、谷胱甘肽，以及在某些真核微生物中的植物螯合素。这些分子含有巯基，对Cd2?、Pb2?和Hg2?等软金属阳离子具有强亲和力，能够在胞质溶胶内形成稳定的复合物，减少对必需酶促过程的干扰。
与细胞内封存不同，生物转化涉及微生物将金属转化为可能改变其毒性、流动性或吸收的不同化学形式。一些微生物可以通过酶促方式转化金属种类，从而改变其毒性、生物利用度和消除潜力。例如，食品中最常见的汞形式甲基汞是高度亲脂性的，易于穿过生物膜。某些携带mer操纵子的细菌可以通过MerB将甲基汞去甲基化，随后通过MerA将无机Hg2?还原为元素Hg?，这是一种不易吸收的形式。临床前研究表明，肠道乳杆菌和约氏乳杆菌等微生物菌株不仅在体外结合Hg2?离子，还能减少甲基汞诱导的肠上皮细胞和小鼠模型中的氧化应激、炎症和屏障功能障碍。
砷也存在类似的解毒途径。无机砷可以干扰细胞呼吸和三磷酸腺苷产生，诱导氧化应激并在肝脏、肾脏和皮肤等器官中生物蓄积。一些微生物可以通过细菌arsM基因对砷进行酶促甲基化，该基因编码一种依赖S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移酶，微生物甲基化可以显著改变砷的形态、生物利用度和消除。临床前证据强调了这种转化的重要性：暴露于无机砷的无菌小鼠保留了显著更高的全身水平，表明常驻微生物群有助于砷的处理。
真菌通过分泌有机酸（如草酸、柠檬酸）和其他螯合代谢物来积极改变其微环境，这些代谢物改变金属形态，促进沉淀或复合物形成，从而降低金属的溶解度和生物利用度。常用于奶酪或酱油发酵的黑曲霉产生柠檬酸，可以增溶镉和铅等金属，通过络合和其他物理化学过程改变其溶解度和形态。
总之，生物蓄积和生物转化可能通过将金属保留在微生物生物量内或改变其化学形式和胃肠道命运来补充被动的腔内生物吸附。然而，证据主要来自分离菌株和临床前模型，这些机制在发酵食品消费期间的相关性仍不确定。
4.2. 肠道微生物组的调节
发酵食品可能通过支持肠道微生物组的组成和功能弹性来帮助防御重金属暴露。重金属可以破坏微生物群落，并可能损害参与肠道稳态和宿主-微生物相互作用的功能。在体外，膳食纤维减弱了砷和镉诱导的人体肠道微生物群落破坏，其中麦麸和果胶显示出最强的保护效果。在受控膳食干预和人群研究中，发酵食品的消费与肠道微生物多样性增加和群落组成改变有关。更大的微生物多样性和功能冗余可能增强生态系统弹性，并保留与金属处理、屏障完整性和宿主保护相关的代谢功能。然而，发酵食品诱导的肠道微生物组变化是否直接提高对重金属暴露的抵抗力仍有待确定。
4.3. 肠道屏障的强化
除了减少肠腔内的金属生物可及性，发酵食品还可以通过强化肠道屏障来限制重金属吸收。镉和铅等金属通过破坏紧密连接来损害肠道完整性。这些结构的损伤增加了肠道通透性，即通常所说的“肠漏”，使得管腔毒素绕过上皮控制进入体循环。因此，保持屏障完整性是发酵食品可能降低重金属毒性的重要补充机制。
屏障保护通过两个相互关联的机制介导：上皮紧密连接的强化和肠道粘液层的维持。与发酵食品相关的微生物及其代谢物可以通过直接的宿主-微生物相互作用和肠道微生物群的调节来影响紧密连接表达和上皮抵抗力。这些效应尤其受到短链脂肪酸（SCFAs）等微生物代谢物的影响，这些代谢物也有助于粘液产生和上皮稳态。
可溶性膳食纤维的微生物发酵产生短链脂肪酸（SCFAs），特别是丁酸，它作为一个信号分子上调紧密连接蛋白。这些SCFAs还酸化结肠环境，降低管腔pH值以有利于有益微生物群，并支持杯状细胞功能和上皮稳态。除了SCFAs，微生物相关分子模式，包括脂多糖和肽聚糖，激活肠上皮和杯状细胞中的Toll样受体信号传导，进一步促进屏障修复和免疫调节。
第二个补充机制涉及肠道粘液层的保存。丁酸可以刺激杯状细胞分泌粘蛋白，特别是MUC-2，这是结肠中主要的凝胶形成粘蛋白，从而增强粘液层厚度和屏障功能。丁酸通过涉及转录激活的机制增加MUC-2基因表达，并支持紧密连接完整性，共同降低上皮通透性和金属穿过肠壁的潜在转移。微生物组分和配体也可以通过杯状细胞上的Toll样受体信号传导触发MUC-2表达。粘蛋白聚糖不仅提供保护上皮的物理屏障，还作为共生微生物的营养来源和附着位点，强化了微生物组与宿主屏障系统之间相互支持的关系。
临床前研究支持这些机制在重金属暴露期间的生理相关性。在暴露于镉的小鼠中，补充植物乳杆菌CCFM8610恢复了occludin和ZO-1的表达，保持了肠道屏障完整性，并减少了肝脏和肾脏中的镉蓄积。同样，在另一项研究中，肠道乳杆菌减轻了小鼠中镉和汞诱导的粘液分泌过多并减弱了肠道炎症。动物研究的荟萃分析进一步表明，益生菌持续增加紧密连接蛋白表达。虽然没有在重金属暴露背景下进行评估，但发酵食品本身也报道了类似的屏障保护作用。在大鼠非甾体抗炎药诱导的肠道损伤模型中，康普茶保持了粘蛋白和紧密连接蛋白的表达，减轻了肠道炎症并减少了肠道微生物群失调。
4.4. 针对全身性重金属毒性的保护
一旦重金属进入体循环，发酵食品可能通过超越限制肠道吸收的机制继续减轻毒性。发酵产生具有抗氧化和抗炎特性的生物活性化合物，包括酚酸、生物活性肽、胞外多糖和其他微生物代谢物。这些化合物可能增强宿主抗氧化防御，调节氧化还原和炎症信号传导，从而减轻重金属诱导的氧化应激和组织损伤。
这种抗氧化活性得到了跨多种重金属的临床前研究的支持。在铅暴露大鼠模型中，戊糖片球菌ITA23和肠系膜明串珠菌L-96等菌株已被证明可以保护动物免受铅诱导的肝毒性，同时保持肠道结构和功能。发酵衍生代谢物的抗氧化作用进一步得到临床前研究的支持。在暴露于镉的大鼠中，补充含有凝结芽孢杆菌、植物乳杆菌和菊粉的合生元制剂显著降低了脂质过氧化，同时恢复了抗氧化能力。同样，发酵粘液乳杆菌SCHY34通过减少氧化应激、保持组织形态和上调包括Nrf2、SOD1和SOD2在内的抗氧化基因，保护了铅诱导的神经毒性。
免疫调节可能提供了额外的保护途径。重金属暴露可促进炎症信号传导，而与发酵食品相关的微生物可能通过调节细胞因子产生和炎症途径来抵消这些反应。在镉暴露的小鼠中，植物乳杆菌CCFM8610减弱了肠道炎症，并改变了促炎和抗炎介质，包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8和IL-10，同时改善了屏障完整性并减少了组织镉蓄积。其他乳杆菌菌株已被实验证明可以抑制NF-κB信号传导和促炎细胞因子产生，同时调节IL-10和TGF-β等调节性细胞因子，为发酵微生物的免疫调节能力提供了额外的机制支持，尽管这些研究并非在重金属暴露下进行。
人类膳食证据提供了互补但间接的支持。在Wastyk等人的受控干预中，增加发酵食品消费增加了肠道微生物多样性，并与炎症免疫标志物的广泛降低有关，支持发酵食品对微生物组-免疫轴的调节。然而，这项研究未调查重金属暴露或解毒。更广泛地说，发酵食品干预的荟萃分析提示了适度的抗炎作用，包括TNF-α的降低，但各炎症标志物的效应仍不一致。
这些分子反应可能转化为减少的组织蓄积和器官损伤。在啮齿动物中，补充植物乳杆菌CCFM8610减少了肝脏和肾脏中的镉蓄积，同时增强了抗氧化防御。
总之，这些发现表明，发酵食品相关的微生物及其代谢物可以通过互补的抗氧化、免疫调节和代谢机制减轻重金属诱导的器官毒性。然而，在人类中证实发酵食品消费后这些全身保护效应的证据仍然有限。
4.5. 通过胆汁和粪便排泄促进重金属消除
由于许多重金属通过胆汁分泌被消除，微生物对胆汁酸合成和肠肝循环的调节可能增加含金属复合物向肠腔的输送，从而促进粪便消除并限制其重吸收。与此假设一致，植物乳杆菌CCFM8661通过调节法尼醇X受体-成纤维细胞生长因子15信号通路，增加了铅暴露小鼠的肝脏胆汁酸合成、胆汁流量、胆汁谷胱甘肽分泌和粪便胆汁酸排泄，导致铅的胆汁和粪便消除增强。类似地，植物乳杆菌CCFM8610显著增强了镉暴露小鼠的肝脏胆汁酸合成、胆汁谷胱甘肽分泌和粪便胆汁酸排泄，导致镉的胆汁和粪便消除增加以及组织镉蓄积相应减少。在机制上，这些效应是通过抑制肠肝FXR-FGF15信号轴介导的，因为在使用FXR激动剂GW4064处理后这些效应被消除。同样，干酪乳杆菌SYF-08减少了铅蓄积，同时恢复了肠道微生物组成，使胆汁酸代谢正常化，并抑制了FXR-NLRP3炎症通路。
5. 来自发酵食品干预研究的证据
临床环境中重金属毒性的当前管理主要依赖于来源识别和避免，以及减少环境和膳食暴露。在中度至重度或急性毒性情况下，治疗可能包括药理学螯合疗法，即施用金属结合剂以促进特定金属的动员和尿排泄。根据受累的器官系统，通常需要支持性医疗护理，可能包括静脉补液、电解质纠正、胃肠道去污和对症处理。对于皮肤病表现，通常使用局部皮质类固醇以减少炎症。重要的是，这些干预措施主要适用于急性或临床显著毒性，而对于在普通人群中更为普遍的慢性、低级别环境暴露，仍缺乏基于证据的治疗选择。
