在進入今天的主題之前，首先介紹一下什麼是腸道微生物以及它們的作用。在動物和人類的腸道環境中，棲居著數以億計的肉眼不可見的細菌，其數量甚至超過了動物自身細胞的數量。它們在腸道微生態中形成了穩定的群落，與宿主保持互利共生的關係。宿主為腸道微生物提供生長繁殖的環境和能源，而微生物緊密調控宿主的一系列生理代謝活動（比如營養消化吸收、免疫功能和神經行為等）。
圖1 腸道內共生的微生物群落（圖片來自網絡）
環境汙染物幹擾腸道菌群組成
但是，腸道微生物對外界環境變化是非常敏感的。食物、藥物等的攝入都會改變腸道微生物的組成、多樣性和豐度。近年來，越來越多的研究發現，腸道微生物對環境汙染物非常敏感。環境汙染物會非常顯著地幹擾腸道菌群的平衡，而且這種紊亂一旦發生，很難恢復，甚至可以持續影響宿主後代的腸道菌群組成。長期來講，腸道微生物的紊亂會逐漸改變宿主的健康狀態，引起多種疾病的發生，包括肥胖、糖尿病、免疫功能障礙和神經行為異常等。
圖2 環境汙染物幹擾腸道菌群和宿主健康
服用益生菌重塑腸道菌群、改善宿主健康
為了改善動物和人類的健康，調節腸道菌群的方法逐漸引起重視。其中，服用益生菌（Probiotics）正越來越流行。益生菌是一類對宿主健康有益的活性微生物的總稱，它們能夠定植於腸道，調節腸道菌群組成和代謝，改善宿主微生態平衡，發揮確切的健康功效。研究發現，服用益生菌後的腸道菌群可以抵抗外界環境壓力的變化。對魚類來說，投餵添加了益生菌的飼料同樣可以重塑腸道菌群，進而調節脂質代謝相關基因的表達，降低膽固醇和甘油三酯的含量。
圖3 益生菌種類（圖片來自網絡）
益生菌調節水環境汙染物的毒性效應
綜合以上研究，可以發現一個有趣的現象：環境汙染物可以顯著幹擾腸道微生物菌群，進而損害宿主的一系列生理代謝活動；相反地，服用益生菌卻可以重塑腸道菌群，顯著地改善宿主的相應生理功能。所以，在暴露於水環境汙染物的情況下，是否可以通過服用益生菌來維持或重塑腸道微生物的群落組成和正常代謝活動，進而調節、甚至拮抗汙染物對宿主健康的危害呢？如果能夠發現可以有效調控汙染物毒性的益生菌，闡明益生菌與汙染物的相互作用機制，這對於進一步推廣益生菌製劑的應用、維護魚類種群健康和漁業資源、促進水產養殖魚類生長等將會具有積極的生態和經濟意義。
為了回答這一問題，中國科學院水生生物研究所的研究人員選擇斑馬魚為實驗動物，暴露於一種水環境新興的有機汙染物——全氟丁烷磺酸鹽。汙染物處理過程中，同時投餵添加了或沒有添加益生菌的飼料。然後觀察益生菌添加劑對汙染物的毒性效應的調節能力，涉及腸道微生物群落組成和脂質代謝過程等研究內容。
研究發現，在汙染物與益生菌的共同處理組，雌性斑馬魚的脂肪酸合成和β氧化過程顯著增強，益生菌同時抑制了汙染物暴露導致的血液膽固醇的累積，證明益生菌對斑馬魚宿主健康的有益作用。在雄魚中，益生菌添加劑拮抗了汙染物對膽汁酸代謝的幹擾作用，但是汙染物與益生菌共暴露明顯增加了雄魚肝體指數和肝臟內甘油三酯的含量，增加了脂肪肝的發生風險。
在腸道微生物群落和脂質代謝功能方面，性別差異決定了益生菌與汙染物的相互作用模式。考慮到益生菌在水產養殖、漁業資源和人類健康領域的廣泛應用，相關的結果為評估益生菌的應用價值提供了基礎數據參考。尤其是在環境汙染較嚴重的區域，益生菌的應用需要綜合考慮汙染物的潛在影響。
圖4 益生菌調節汙染物脂質代謝紊亂
【來源：中科院之聲】
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