海鲜中的砷有多安全？伯尔尼大学的一项跨学科研究揭示，肠道细菌在将砷甜菜碱转化为有毒砷化合物中起着至关重要的作用。研究结果显示，砷甜菜碱通常存在于海鲜中，此前被认为无害，但在哺乳动物体内通过肠道细菌的作用部分转化为有毒砷化合物。这些发现引发了关于食用含砷甜菜碱的海鲜的新问题。
砷是一种广泛存在的有毒微量元素，存在于各种食物和水中，具有多种化学形式。无机砷是最常见的环境形式，长期暴露与严重的健康问题相关，包括癌症、心血管疾病和神经系统障碍。因此，国际癌症研究机构将无机砷列为致癌物。砷甜菜碱是海洋海鲜中最丰富的砷化合物之一，包括海藻、鱼类和贝类。它因此常被称为“鱼砷”，但一些蘑菇中也含有显著浓度的砷甜菜碱。由于其低毒性和快速排泄，砷甜菜碱长期以来被认为对人类健康的威胁极小。
伯尔尼大学作为“一健康”（One Health）跨学科研究合作的一部分，进行了一项新研究，表明哺乳动物肠道微生物组在将砷甜菜碱转化为其他砷化合物（包括致癌性无机砷）中起着关键作用。虽然之前的研究已经报道了肠道微生物组在砷积累、毒性和排泄中的作用，但主要集中在无机砷上。对于肠道微生物降解砷甜菜碱知之甚少。由伯尔尼大学传染病研究所的Siegfried Hapfelmeier教授和地理研究所的Adrien Mestrot教授领导的跨学科团队获得的新结果，挑战了先前关于含砷甜菜碱的海鲜安全性的假设。该研究结果最近发表在《危险材料杂志》（Journal of Hazardous Materials）上。
成功的跨学科合作
伯尔尼的研究人员利用无菌生物学和先进的分析化学，研究了具有不同肠道微生物群落状态的小鼠中砷甜菜碱的代谢情况。他们研究了三组小鼠：无菌小鼠（没有任何肠道微生物）、具有天然微生物群的常规小鼠（被数百种微生物物种定植）和具有简化微生物群的无菌小鼠（由12种定义的肠道细菌物种组成）。所有小鼠都喂食富含砷甜菜碱的饮食，以比较砷的代谢、身体分布和排泄情况。“医学院清洁小鼠设施提供的无菌小鼠和地理研究所cLab提供的尖端分析仪器，结合肠道微生物组生物学和砷代谢方面的互补专业知识，使这项研究得以独特地进行。”砷专家和该研究的共同作者Teresa Chávez-Capilla博士说。
肠道微生物可能的有害影响
研究人员发现，有肠道微生物的小鼠在其肠道中积累了更高的砷浓度，而无菌小鼠则没有。“我们怀疑这是由于肠道细菌改变了摄入的砷的化学性质。确实，在微生物定植的小鼠中——而不是在无菌小鼠中——我们在大肠中观察到了特定的高度有毒砷化合物的形成。”肠道微生物组专家和该研究的共同作者Siegfried Hapfelmeier教授解释说。这些有毒化合物更容易在体内积累。与此一致的是，具有天然肠道微生物群的常规小鼠在其器官中显示出更高的砷积累。此外，当转换到低砷纯化饮食时，常规小鼠体内的砷清除速度明显慢于无菌小鼠。“因此，肠道微生物在体内砷甜菜碱的代谢中起着关键作用。然而，在这种情况下，微生物组似乎产生了有害影响。”Hapfelmeier补充道。
对海鲜安全性的新质疑
砷甜菜碱目前不被视为有毒物质，因此不受食品中的法律限制。尽管先前的研究表明砷甜菜碱可能在哺乳动物中代谢，但尚不清楚这一过程是由哺乳动物宿主还是其微生物组介导的。“使用小鼠模型的转化微生物组研究领域已经显著成熟。虽然不能不加批判地将小鼠研究结果直接应用于人类，但我们观察到的显著效应强烈暗示人类中也可能发生类似的过程。”Hapfelmeier说。
这项工作强调了微生物组对人类健康的重要性，并与伯尔尼大学的重点主题“健康与医学”和“可持续性”相一致。“一健康”合作考虑了人类、动物和环境健康之间的密切互动，研究了化学毒素等环境因素如何沿食物链影响微生物组和整体健康。“砷甜菜碱是全球主要的砷膳食来源之一，尤其是在海鲜消费量高的地区。”该研究的共同作者、环境化学专家Adrien Mestrot教授解释说。“砷甜菜碱可以在哺乳动物肠道中转化为更有毒的形式，这挑战了之前的食品安全假设，对科学家和食品监管机构具有重要意义。”Mestrot总结道。
发表详情：
Mukherjee, M. 等（2024）。微生物组依赖的体内砷甜菜碱生物转化、积累和排泄。《危险材料杂志》，480，136463。DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.136463
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