保护水生生物，“益生菌”在行动

中国科学院水生生物研究所 2020-07-12

　　在进入今天的主题之前，首先介绍一下什么是肠道微生物以及它们的作用。在动物和人类的肠道环境中，栖居着数以亿计的肉眼不可见的细菌，其数量甚至超过了动物自身细胞的数量。它们在肠道微生态中形成了稳定的群落，与宿主保持互利共生的关系。宿主为肠道微生物提供生长繁殖的环境和能源，而微生物紧密调控宿主的一系列生理代谢活动（比如营养消化吸收、免疫功能和神经行为等）。

图1 肠道内共生的微生物群落（图片来自网络）

　　环境污染物干扰肠道菌群组成

　　但是，肠道微生物对外界环境变化是非常敏感的。食物、药物等的摄入都会改变肠道微生物的组成、多样性和丰度。近年来，越来越多的研究发现，肠道微生物对环境污染物非常敏感。环境污染物会非常显著地干扰肠道菌群的平衡，而且这种紊乱一旦发生，很难恢复，甚至可以持续影响宿主后代的肠道菌群组成。长期来讲，肠道微生物的紊乱会逐渐改变宿主的健康状态，引起多种疾病的发生，包括肥胖、糖尿病、免疫功能障碍和神经行为异常等。

图2 环境污染物干扰肠道菌群和宿主健康

　　服用益生菌重塑肠道菌群、改善宿主健康

　　为了改善动物和人类的健康，调节肠道菌群的方法逐渐引起重视。其中，服用益生菌（Probiotics）正越来越流行。益生菌是一类对宿主健康有益的活性微生物的总称，它们能够定植于肠道，调节肠道菌群组成和代谢，改善宿主微生态平衡，发挥确切的健康功效。研究发现，服用益生菌后的肠道菌群可以抵抗外界环境压力的变化。对鱼类来说，投喂添加了益生菌的饲料同样可以重塑肠道菌群，进而调节脂质代谢相关基因的表达，降低胆固醇和甘油三酯的含量。

图3 益生菌种类（图片来自网络）

　　益生菌调节水环境污染物的毒性效应

　　综合以上研究，可以发现一个有趣的现象：环境污染物可以显著干扰肠道微生物菌群，进而损害宿主的一系列生理代谢活动；相反地，服用益生菌却可以重塑肠道菌群，显著地改善宿主的相应生理功能。所以，在暴露于水环境污染物的情况下，是否可以通过服用益生菌来维持或重塑肠道微生物的群落组成和正常代谢活动，进而调节、甚至拮抗污染物对宿主健康的危害呢？如果能够发现可以有效调控污染物毒性的益生菌，阐明益生菌与污染物的相互作用机制，这对于进一步推广益生菌制剂的应用、维护鱼类种群健康和渔业资源、促进水产养殖鱼类生长等将会具有积极的生态和经济意义。

　　为了回答这一问题，中国科学院水生生物研究所的研究人员选择斑马鱼为实验动物，暴露于一种水环境新兴的有机污染物——全氟丁烷磺酸盐。污染物处理过程中，同时投喂添加了或没有添加益生菌的饲料。然后观察益生菌添加剂对污染物的毒性效应的调节能力，涉及肠道微生物群落组成和脂质代谢过程等研究内容。

　　研究发现，在污染物与益生菌的共同处理组，雌性斑马鱼的脂肪酸合成和β氧化过程显著增强，益生菌同时抑制了污染物暴露导致的血液胆固醇的累积，证明益生菌对斑马鱼宿主健康的有益作用。在雄鱼中，益生菌添加剂拮抗了污染物对胆汁酸代谢的干扰作用，但是污染物与益生菌共暴露明显增加了雄鱼肝体指数和肝脏内甘油三酯的含量，增加了脂肪肝的发生风险。

　　在肠道微生物群落和脂质代谢功能方面，性别差异决定了益生菌与污染物的相互作用模式。考虑到益生菌在水产养殖、渔业资源和人类健康领域的广泛应用，相关的结果为评估益生菌的应用价值提供了基础数据参考。尤其是在环境污染较严重的区域，益生菌的应用需要综合考虑污染物的潜在影响。