重金属、肠道菌群与肥胖代谢健康的复杂关联：从环境暴露到微生物生态失衡

《MicrobiologyOpen》：Heavy Metals, Gut Microbiota, and Biochemical Markers: Unraveling the Complexities of Obesity

本综述通过系统分析肥胖人群的重金属排泄模式、肠道微生物组特征及生化指标变化，揭示了环境污染物（如Cd、Zn、Fe等）与肥胖发生发展的内在联系。研究发现肥胖者粪便中重金属浓度显著升高，且特定菌群（如双歧杆菌科）与重金属浓度及空腹血糖等代谢指标存在显著相关性，为理解环境-微生物-代谢互作提供了新视角。

　　

重金属、肠道菌群与生化指标：揭示肥胖的复杂机制

引言

肥胖已成为全球性的公共卫生威胁，其发生机制涉及中枢调控失衡、环境因素交互及遗传易感性等多重因素。近年研究发现，环境污染物特别是重金属可能通过干扰内分泌功能（即"肥胖源性"作用）参与肥胖发生，而肠道菌群作为重要的中介因子，在能量代谢调控中发挥关键作用。本研究通过整合重金属检测（ICP-MS）、微生物组分析（16S rRNA测序）和临床生化指标，系统探讨了三者在肥胖中的相互作用。

材料与方法

研究纳入2022年12月至2023年4月就诊于阿拉克医疗中心的受试者，按BMI分为对照组（20-25 kg/m²）、消瘦组（<20 kg/m²）和肥胖组（≥25 kg/m²）。通过自动化分析仪检测空腹血糖（FBS）、血脂谱（胆固醇、甘油三酯、HDL、LDL、VLDL）和肝酶（AST、ALT、ALP）；采用ICP-MS分析粪便中40种元素浓度；利用16S rRNA测序技术对V3-V4区进行扩增子测序，通过CLC Microbial Genomics Module进行微生物群落分析。

生化指标结果

肥胖组表现出显著的代谢紊乱：空腹血糖（FBS）显著高于对照组（p=0.0066）；血脂谱中胆固醇、甘油三酯、LDL和VLDL浓度均显著升高（p<0.05），而HDL无组间差异；肝酶活性分析显示AST、ALT在肥胖组显著升高，ALP在消瘦组和肥胖组均高于对照组（p<0.05），提示肥胖人群存在肝脂肪变性和代谢性炎症。

重金属排泄特征

ICP-MS分析发现肥胖组和消瘦组粪便中镉（Cd）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）、磷（P）浓度显著高于对照组（p<0.05），而钡（Ba）、钒（V）、钨（W）等元素浓度较低。Z-score热图显示对照组所有元素浓度均呈负值（蓝色），而异常体重组均呈正值（红色），证实了重金属排泄模式的整体偏移。

肠道微生物组分析

门水平上，肥胖组以放线菌门（45%）和厚壁菌门（43%）为主，消瘦组和对照组菌群结构相似。尽管三大菌科（双歧杆菌科、瘤胃球菌科、红蝽菌科）的丰度无组间差异（p>0.05），但β多样性分析显示对照组与异常体重组间存在显著的系统发育差异（Bray-Curtis dissimilarity，p<0.0001）。α多样性（Chao1指数）在三组间无统计学差异（p=0.3），表明物种丰富度未受体重状态影响。

相关性网络

关键发现包括：双歧杆菌科丰度与粪便镉浓度呈负相关（r=-0.6629，p=0.0051），与空腹血糖负相关（r=-0.61，p=0.021）；BMI与拟杆菌属丰度正相关（r=0.5851，p=0.0190），与HDL负相关（r=-0.68，p=0.007）；瘤胃球菌科与甘油三酯/VLDL负相关（r=-0.55，p=0.041）。这些相关性提示微生物群可能通过调节重金属生物利用度和脂代谢影响肥胖进程。

讨论

肥胖相关的空腹血糖升高可能与胰岛素抵抗、脂肪组织功能障碍及炎症因子释放有关。重金属排泄增加可能反映环境暴露剂量升高，或肠道菌群介导的解毒功能激活（如双歧杆菌促进镉排泄）。尽管菌群丰度无差异，但β多样性的显著差异表明微生物群落结构发生了适应性重构，这种变化可能与重金属暴露诱导的生态位竞争有关。

结论

本研究通过多组学整合分析，证实肥胖人群存在特有的重金属排泄模式及微生物群落结构改变。环境重金属暴露可能通过扰动肠道微生态，进而影响宿主代谢稳态。研究为环境医学与代谢疾病交叉领域提供了新的证据链，强调在肥胖干预中需关注环境污染物与微生物组的交互作用。