北京工商大学环境科学与工程系孙迎雪教授团队发表了《鼠李糖乳杆菌以氧化应激调节和肠道微生物代谢路径来减轻PFOA/PFOS对斑马鱼的毒性》论文。全氟辛烷磺酸盐（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是典型的持续有机污染物，常规的废水处理工艺无法有效去除水体中PFOS/PFOA，从而造成水产养殖业减产和水产品毒性风险。本研究以斑马鱼为模式生物，研究一类益生菌——鼠李糖乳杆菌缓解PFOS/PFOA生物毒性的作用，并揭示其作用机制。

本研究发现鼠李糖乳杆菌可以降低PFOA/PFOS暴露下斑马鱼的死亡率。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）可有效保护细胞，免受氧化自由基的潜在损害，PFOA/PFOS暴露下斑马鱼体内SOD活性下降，鼠李糖乳杆菌在第14天增加了PFOA/PFOS暴露下斑马鱼肠道和肝脏中SOD活性，而鱼鳃中异常升高被抑制。过氧化氢酶（catalase，CAT）可有效降解SOD平衡氧化过程中产生的过氧化氢而保护细胞，PFOA/PFOS暴露下斑马鱼肠道、肝脏、和鳃中CAT活性下降，鼠李糖乳杆菌作用下，CAT活性随时间变化有所增加，以上表明鼠李糖可以实现对细胞氧化损伤的部分保护。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是评估细胞损伤程度的标志性物质，在斑马鱼的肠道、鳃和大脑中，PFOA/PFOS使得MDA含量下降，鼠李糖乳杆菌作用下有所提升，除了在第7天和第14天都导致脑组织内的MDA水平进一步降低。鼠李糖乳杆菌通过激活抗氧化剂酶系统表现出减轻MDA产生的能力，从而保护斑马鱼免受氧化应激诱导的损伤。谷胱甘肽（glutathione，GSH）是一种非酶抗氧化剂，可有效地清除自由基并保持细胞内氧化还原稳态，鼠李糖乳杆菌喂食可抑制每个暴露组中GSH水平的升高，并在21天内专门针对脑组织将其恢复到正常水平，实验结果表明鼠李糖乳杆菌可以通过促进或释放GSH和细胞外多糖调节细胞的氧化应激。

图1 实验组的SOD和CAT水平。 （a、e）肠道； （b、f）肝脏； （c、g）大脑； （d、h）鳃

图2 实验组的MDA和GSH水平。 （a、e）肠道； （b、f）肝脏； （c、g）大脑； （d、h）鳃

乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）是一种细胞质氧化还原酶，可诱导生物体中的氧化应激，是氧化应激的代谢标志物，在大脑中，最初抑制LDH活性并随后在PFOA和PFOS组中恢复，在PFOA-PFOS联合作用实验组中观察到了对LDH活性的一致抑制。投加鼠李糖乳杆菌后，LDH得到恢复，可能通过增加的糖酵解来增强细胞能量供应。

图3  实验组的LDH和AChE水平。 （a、e）肠道； （b、f）肝脏； （c、g）大脑； （d、h）鳃

观察斑马鱼肠道的病理变化，PFOA，PFOS和PFOA-PFOS联合组造成了斑马鱼肠道不同程度的肠道损伤，观察到杯状细胞数量减少。另外，上皮细胞出现脱落和液泡的迹象。肠道损伤的程度为：PFOA <PFOS <PFOA + PFOS。这些损伤在投加部分鼠李糖乳杆菌后得到部分改善，鼠李糖乳杆菌对被观察到可以减少肠道细胞液泡化以及恢复肠绒毛和粘膜。

图4 每个实验组的21天肠组织切片。 （a）对照组； （b）PFOA组； （c）L-OA组； （d）PFOS组； （e）L-OS组； （f）OA-OS组； （g）L-OA-OS组，L表示投加了鼠李糖乳杆菌。

考察实验中斑马鱼肠道微生物群落结构，添加鼠李乳杆菌后，与对照组相比，肠道菌群的ChAO1指数显著增加，PCoA图表表明鼠李乳杆菌可能会引起斑马鱼肠道菌群的整体结构的重大改变。进一步进行基因组高通量测序揭示群落结构的变化，在门水平上，鼠李糖乳杆菌的添加提高了有益细菌Firmicutes和Actinobacteria的丰度，同时减少了Proteobacteria 丰度。Proteobacteria是潜在致病细菌，可能导致肠道营养不良和炎症。在属水平上，Leucobacter和Microbacterium 丰度增加，Rhodobacter 、Gordonia和Rhodococcus丰度降低，Gordonia是一种致病性细菌。

图5  不同水平上的细菌组成丰度。 （a）门水平； （b）属水平。

分析实验中斑马鱼的代谢途径变化，发现鼠李糖乳杆菌可有效地调节与脂质代谢相关的基因，增强脂肪性代谢以促进细胞生长，此外，通过调节肝脏代谢路径以减轻对生物体的毒性作用。

图6  MetaCyc pathway分析。 （a）预测肠道菌群代谢活性的变化（主要途径）； （b）次要途径； （c）对照组与PFOA实验组对比； （d）PFOA实验组与投加鼠李糖乳杆菌对比; （e）PWY-7315代谢途径的物种组成。

图7   本研究揭示的鼠李糖乳杆菌缓解PFOA/PFOS对斑马鱼毒性的机制