RNA-m6A 甲基化与肠道菌群串扰介导 TCS 诱导的斑马鱼葡萄糖代谢异常

《Journal of Environmental Sciences》：RNA-m6A methylation and gut microbiota crosstalk mediate TCS-induced glucose metabolism abnormalities in zebrafish

　　摘要要点：• TCS暴露抑制斑马鱼体内全局RNA m6A甲基化。• TCS引起高血糖并扰乱葡萄糖代谢通量。• 肠道菌群失调与宿主m6A甲基化变化相关联。• 叶酸可恢复m6A水平及葡萄糖代谢稳态。• 菌群依赖性的m6A抑制介导了TCS的代谢毒性。引言三氯生（TCS）最初作为广谱杀菌剂在医院中使用，后来被广泛应用于洗涤剂和个护产品，浓度通常在3.5至17.0 mmol/L之间（Weatherly and Gosse, 2017; Yueh and Tukey, 2016）。根据欧盟消费者安全科学委员会（SCCS）的建议，TCS在沐浴露和手部消毒液中最高允许浓度为0.03%，在漱口水中为0.2%，在牙膏、止汗香皂、面部粉饼和遮瑕产品中为0.3%。尽管自2016年以来，美国和欧盟已禁止在香皂和抗菌产品中使用TCS，但TCS仍可在一广泛范围的个护产品中检出，并持续进入水环境（Lee et al., 2019）。由于其广泛使用，TCS已在全球范围内普遍存在：例如，中国南部珠江流域地表水浓度可达近500 ng/L（Zhao et al., 2010），美国各地地表水报道的浓度为50–2300 ng/L。在欧洲一些高度污染区域，TCS浓度可能高达40 μg/L（Huang et al., 2023）。自新冠疫情暴发以来，含TCS消毒剂使用量的增加进一步加重了其环境负担，2020年中国中部东湖的浓度较2014年上升了近70倍（Huang et al., 2023; Lu et al., 2023）。因此，TCS的潜在生态与人类健康影响日益受到关注。人们不可避免地通过使用含TCS的个护产品而接触TCS。调查显示，约四分之三的消费者体内可检出TCS（Yin et al., 2016）。连续两周使用含TCS牙膏可使血浆TCS浓度升高达330倍（从0.009–0.81 ng/g升至26–296 ng/g）（Allmyr et al., 2009），每日使用15 mL含0.03% TCS的漱口水则使血浆浓度稳定在74.5–94.2 ng/mL（Sandborgh-Englund et al., 2006）。由于具有高亲脂性，TCS会在富含脂质的组织中蓄积，人体肝脏平均浓度为0.44 ng/g，磷脂和脂肪组织为0.28 ng/g（Geens et al., 2012）。作为一种内分泌干扰物，TCS会破坏内分泌稳态，并被认为与肥胖和代谢障碍有关。流行病学研究显示，中国北部7岁儿童的TCS暴露水平与肥胖指标呈正相关（Hu et al., 2022）。既往研究也表明，TCS可通过增强脂质合成、抑制脂质氧化和扰乱脂质代谢稳态，促进脂质蓄积和类肥胖表型（Sun et al., 2020; Szychowski et al., 2025）。然而，TCS是否也会干扰葡萄糖稳态及其潜在调控机制仍未被充分探索。尽管肥胖常与葡萄糖调节受损及2型糖尿病等代谢障碍相关，但葡萄糖与脂质代谢由不同的调控网络所支配（Cook et al., 2015）。脂质代谢主要涉及脂质合成、储存与降解之间的平衡（Liang et al., 2025），而葡萄糖稳态主要由肝脏葡萄糖生成、糖原代谢及胰腺胰岛素信号所调控（Petersen et al., 2017）。因此，仅凭脂质代谢的改变无法全面反映TCS诱导的代谢毒性的复杂性。鉴于葡萄糖调节异常是2型糖尿病及其他慢性代谢疾病的核心病理特征，研究TCS诱导的葡萄糖代谢损伤可为现有知识提供重要补充，有助于更全面地理解TCS的系统性代谢效应。在真核生物mRNA的多种内部修饰中，N6-甲基腺苷（m6A）甲基化是含量最丰富的一种，也是调控转录后基因表达的关键调节因子（Zhao et al., 2014）。该修饰在腺苷的N6位添加一个甲基基团，影响RNA的翻译、剪接、转运、降解及miRNA加工（Wu et al., 2019; Jiang et al., 2019; Dong et al., 2021）。m6A修饰由"写入者"（METTL3、METTL14、WTAP、RBM15、KIAA1429）、"擦除者"（FTO、ALKBH5）和"读取者"（YTH结构域蛋白及IGF2BP家族）动态调控（Zaccara et al., 2019; Kobayashi et al., 2018; Cai et al., 2019; Xiao et al., 2016）。此外，胆碱、甜菜碱、叶酸和甲硫氨酸等甲基供体可调节这些酶的活性，从而改变整体m6A甲基化水平（Ji et al., 2023; N. Li et al., 2021; Sun et al., 2021）。越来越多的证据表明，m6A甲基化在代谢调控中发挥重要作用，尤其是在葡萄糖代谢方面。肝脏、胰腺、脂肪组织、骨骼肌、肾脏和血管等多种胰岛素应答组织均报道了m6A依赖性代谢基因表达调控（Sun et al., 2024）。肝脏通过糖原生成和糖异生控制全身葡萄糖稳态，是核心器官。胰岛素促进肝糖原合成并抑制糖异生基因的表达（Petersen and Shulman, 2018）。值得注意的是，在小鼠中肝特异性敲除METTL3可显著降低肝脏糖原合成，表明m6A修饰参与糖原代谢相关基因的转录后调控（X. Zhang et al., 2022）。与此观点一致，2型糖尿病（T2DM）患者肝脏m6A甲基化水平发生改变的报道已经发表，肝细胞特异性METTL3耗竭可改善葡萄糖稳态与胰岛素敏感性（Xie et al., 2019; Li et al., 2020）。鉴于TCS已被报道存在代谢影响，m6A甲基化的改变可能代表一个关键机制环节；然而TCS是否以及如何影响RNA-m6A调控仍不清楚。除表观遗传调控外，包括TCS等内分泌干扰物在内的环境污染物还已知能与肠道菌群相互作用，而肠道菌群是代谢稳态的又一关键调节者。肠道菌群通过调节营养物质利用、免疫应答以及生物活性微生物代谢物的产生，充当重要的代谢界面（Festi et al., 2014）。值得注意的是，肠道菌群与表观遗传调控并非独立过程。微生物来源的代谢物，包括叶酸、胆碱和甜菜碱等甲基供体，可影响宿主甲基化反应，并可能调节RNA甲基化过程，提示肠道菌群改变与表观遗传调控之间存在潜在串扰。膳食干预为解析这些调控相互作用并缓解污染物诱导的代谢障碍提供了重要途径。叶酸作为重要的甲基供体，已被证实可通过影响甲基基团的可利用性来调节m6A甲基化，而益生菌可通过菌群重塑恢复肠道微生物稳态并缓解代谢功能障碍（Hu et al., n.d.; Rana and Smriti, 2026）。然而，这两种干预策略以往主要被分别研究，在TCS诱导的葡萄糖代谢损伤过程中，肠道菌群失调与m6A失调是否呈层级性相互作用仍属未知。确定二者的上下游关系并识别关键调控节点，是理解污染物诱导代谢障碍机制的关键步骤。斑马鱼是研究代谢相关毒性的理想脊椎动物模型，因其具有高度保守的消化、吸收和代谢系统（Smith, 2024）。在本研究中，我们探究了TCS暴露对葡萄糖代谢的影响，并通过整合分析m6A RNA甲基化与肠道菌群改变进一步探索其潜在机制。通过施加叶酸与益生菌干预，我们进一步考察了表观遗传调控与微生物重塑对TCS诱导代谢损伤的贡献。我们的发现为环境污染物如何通过协调宿主表观遗传修饰与肠道微生物稳态来扰乱葡萄糖代谢提供了新的见解。章节摘要斑马鱼饲养、胚胎收集与化学暴露野生型AB品系斑马鱼购自国家斑马鱼资源中心，在全循环养殖系统（Haisheng，中国）中按雌雄分开饲养。饲养条件、水质参数和胚胎收集程序严格遵循《斑马鱼饲养与管理手册》。基于我们此前的研究（Chen et al., 2023），斑马鱼胚胎和成鱼分别在0、125 μg/L（1/4 LC??）和250 μg/L（1/2…急性TCS暴露扰乱斑马鱼幼鱼的葡萄糖稳态与糖酵解通量为确定急性TCS暴露是否扰动早期发育过程中的葡萄糖代谢，我们检测了斑马鱼幼鱼的葡萄糖稳态与糖酵解通量的关键指标。与对照组相比，暴露于250 μg/L TCS的幼鱼出现血糖水平显著升高并伴随胰岛素含量明显降低（p < 0.05；图1a-b），表明形成了与胰岛素调节受损相关的高血糖状态。与此一致…讨论血糖持续升高通常与T2DM的发生相关联，其特征包括胰岛素抵抗、胰岛素缺乏、慢性高血糖和β细胞功能障碍。越来越多的证据表明，(m6A) RNA甲基化失调是T2DM发病的重要表观遗传因素（Bornaque et al., 2022）。临床研究显示，循环中m6A去甲基化酶FTO水平与血糖浓度呈正相关…结论本研究从RNA-m6A甲基化介导的表观遗传毒理学这一新视角探讨了TCS诱导葡萄糖代谢紊乱的潜在机制。我们系统阐明了TCS暴露、肠道菌群结构与葡萄糖代谢紊乱之间的内在联系。通过多维度的实验验证、表观遗传挽救干预的策略性应用，以及多组学技术与生物信息学分析的整合，识别出若干关键…CRediT作者贡献声明Zhen Hong：撰写原稿、方法、数据整理、概念构思。Jieyi Li：可视化、验证、软件。Jinyun Li：方法、形式化分析。Zejun Wang：可视化、监督、调查。Qiuhui Qian：方法、形式化分析。Jin Yan：可视化、监督、调查。Huili Wang：可视化、监督、调查。利益冲突声明作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响到本论文所报告的工作。致谢本工作受国家自然科学基金（编号：32371705）和江苏省自然科学基金（编号：BK20231341）资助。Zhen Hong | Jieyi Li | Jinyun Li | Zejun Wang | Qiuhui Qian | Jin Yan | Huili Wang