《Environmental Research》：Early-life arsenic exposure modulates the developing microbiome in a rural cohort
编辑推荐：
Arsenic exposure in infancy correlates with gut microbiome diversity and species composition changes over time, with notable sex-specific effects on metabolic pathways.摘要
Hannah E. Laue | David Kook | Camilo Khatchikian | Susana Diaz Coto | Brian P. Jackson | Thomas J. Palys | Janet L. Peacock | Margaret R. Karagas | George A. O’Toole | Anne G. Hoen | Juliette C. Madan
美国马萨诸塞大学阿默斯特分校公共卫生与健康科学学院生物统计学与流行病学系，马萨诸塞州阿默斯特
摘要
背景
已有研究表明砷与婴儿肠道微生物组之间存在关联。本研究验证了早期接触砷与肠道微生物组长期变化之间的关联，并探讨了性别差异对这种关联的影响。
方法
参与者在6周（n=219）和12个月（n=219）时提供了尿液和粪便样本，其中一部分参与者在两个时间点都提供了样本（n=167）。通过高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定了尿液中的总砷（tAs）、无机砷、单甲基砷酸和二甲基砷酸（DMA）的含量。利用宏基因组测序技术分析了6周和12个月时肠道微生物组的组成。通过广义线性模型和混合效应模型，评估了砷浓度与细菌多样性以及物种/基因通路相对丰度之间的关联。
结果
6周时，DMA和tAs与某些细菌物种存在关联，但在12个月时未观察到类似的关联。6周时，砷与代谢途径之间的关联存在性别差异。在纵向分析中，tAs与较高的Shannon多样性相关（β=0.07/倍增（95%置信区间：0.05, 0.09）），且这种关联随采样年龄的增加而减弱（β=-0.04/倍增（95%置信区间：-0.07, -0.004）。我们发现至少有一种砷指标与十种细菌物种之间存在类似的纵向关联，且男性中的关联更为显著。
结论
我们发现了生命第一年内砷与肠道微生物组之间的纵向和横断面关联。早期接触砷对婴儿肠道微生物组的干扰比后期更为显著，这突显了早期暴露在微生物组失调中的重要性。
部分内容
引言
砷因对人类健康的广泛影响而被列入有毒物质和疾病登记署的优先物质清单（“物质优先清单 | ATSDR”，2023年）。美国环境保护署（EPA）规定了公共饮用水源中的最大砷含量标准（美国环境保护署，2001年）。然而，在美国农村地区，私人供水系统（例如井水）被广泛使用，新罕布什尔州一半的居民依赖此类水源。
方法
NHBCS是一个长期追踪孕妇及其后代的队列研究（超过3000对夫妇），参与者在怀孕期间纳入研究（Carignan等人，2015年）。入选标准包括：（i）年龄在18至45岁之间；（ii）在研究诊所接受常规产前护理；（iii）居住地饮用水来自私人井水；（iv）自上次月经以来一直居住在同一地点。
结果
每项横断面分析包括219名参与者，其中167名参与了纵向分析。满足6周和12个月时均有tAs和宏基因组测序数据的参与者被纳入纵向分析（见补充图1）。纳入组和排除组在协变量分布上无统计学差异（见补充表1）。
讨论
纵向分析显示，出生后早期的尿砷浓度与婴儿肠道微生物组的更大程度紊乱相关，这表明早期暴露对微生物组失调具有重要意义。此外，这些紊乱在产后一年内部分得到缓解，但并未完全消失。值得注意的是，砷与微生物组之间的关联存在性别差异。
资金支持来源
本论文直接响应了国家环境卫生科学研究所（NIEHS）的R01ES033988项目目标。Laue博士的研究工作得到了NIEHS项目K99/R00ES034086的支持。新罕布什尔出生队列研究得到了主任办公室项目UG3/H3OD023275、NIEHS项目P01ES022832、P20ES018175和P42ES007373以及国家普通医学科学研究所项目P20GM104416和P30GM149408的资助。内容仅由作者负责。
数据获取
原始宏基因组测序数据可从国家生物技术信息中心序列读取档案获取，访问号为PRJNA296814。如需获取流行病学数据，可联系Karagas博士（Margaret.R.Karagas@Dartmouth.edu）。代码数据可联系Kook先生（David.Kook@Dartmouth.edu）。
作者贡献声明
Brian P. Jackson：撰写、审稿与编辑、数据分析
Susana Diaz Coto：撰写、审稿与编辑、数据管理
Camilo Khatchikian：撰写、审稿与编辑、数据管理
Juliette C. Madan：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、资金申请、概念构思
Anne G. Hoen：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、概念构思
David Kook：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计
未引用的参考文献
美国疾病控制与预防中心，2021年；环境公共卫生跟踪；国家研究委员会关于更新1999年饮用水中砷含量报告的小组委员会，2001年；Price和O’Toole，2021年；美国环境保护署，2001年。
