核心提示：本研究旨在应用多组学技术来揭示肠道菌群对农药暴露的反应及植物乳杆菌P9的摄入对高农药暴露后肠道菌群和免疫因子的影响。
本研究旨在应用多组学技术来揭示肠道菌群对农药暴露的反应及植物乳杆菌P9的摄入对高农药暴露后肠道菌群和免疫因子的影响。研究结果表明，频繁接触农药虽然不会改变肠道菌群的组成，但会增加肠道中脂多糖的丰度，这可能会导致慢性炎症。食用益生菌P9维持了高农药暴露受试者肠道菌群的动态平衡，并降低了Streptococcus gordonii和Streptococcus anginosus等病原体的丰度。通过检测血清、尿液和粪便样本中的代谢物发现，随着P9的摄入，尿苷和5-羟脯氨酸的浓度显著增加。此外，P9可缓解高频农药暴露引起的INF-γ、SDF-1α和IL-7的紊乱，促进农药残留的排出。
1 农药暴露引发了人类的炎症反应，并改变了人类肠道菌群
研究发现高频农药暴露者两种炎症标志物(内皮素;MCP-1单核细胞趋化蛋白-1)的浓度显著增加。ET和MCP-1都与肾脏疾病有关，这意味着大量暴露于农药可能会间接损害肾脏。
健康组和高暴露组之间的物种丰度存在显著差异。另外，在高暴露组中，Bacteroides cellulosilyticus的丰度显著增加，而Lactococcus garvieae和Proteus mirabilis的丰度显著下降。最后，研究还发现高农药暴露导致19条途径会发生显著变化(图2E)，例如高暴露组的L-谷氨酸降VII(丁酸合成途径)和DTDP-N-乙酰甲状腺素生物合成途径显著高于健康组。
2 大量农药暴露导致激素代谢紊乱
研究发现高农药暴露会影响肠道内微生物的代谢途径，所以我们进一步研究了其代谢产物的变化。实验发现，健康人群与高农药暴露人群粪便代谢物有明显的差异。在高暴露组中激素代谢物(雄烯二酮和2，3-dinor-8-iso-PGF2alpha)的含量显著增加(图3B)。这些代谢产物与类固醇激素的生物合成和花生四烯酸代谢途径有关。
3 炎症反应与高农药暴露之间的潜在关系
健康人群高频暴露于农药后，脂多糖生物合成代谢途径与Dialister invisus呈正相关(r=0.97)。MCP-1与Dialister invisus呈正相关(r=0.45)。脂多糖合成代谢途径是革兰氏阴性菌脂多糖合成的主要途径，脂多糖会影响宿主免疫系统的正常功能，使相关的代谢途径和代谢产物增加，进而影响免疫因子，导致炎症反应的发生。
4 植物乳杆菌P9可促进体内农药残留的排出，减轻农药暴露引起的炎症反应
将P9摄入0天和30天的免疫因子指标进行比较后发现，促炎因子INF-γ、SDF-1α和IL-7的水平显著降低(图4B)。此外通过比较P9摄入前后受试者粪便中的农药残留水平，发现摄入P9后粪便中乐果酸水平显著升高，表明P9有助于高农药暴露患者体内农药残留物的排出(图4C)。
补充P9后巨噬细胞炎症蛋白-1β(MIP-1β)的表达水平也显著降低，而安慰剂组没有显著变化，另外P9组VC和VD水平也有显著变化(图S1A)。在研究中我们还检测了受试者的尿液白蛋白(ALB)水平，但尽管P9对ALB的表达有所改善，但它并没有使其恢复到正常水平(图S1B)。所有这些结果表明，P9的摄入缓解了农药高度暴露人群的炎症反应。
5 植物乳杆菌P9维持宿主肠道菌群的动态平衡
以上结果表明，益生菌具有减轻炎症的作用，因此P9干预对肠道菌群产生的影响尤为重要。P9组受试者在第0天和第30天的肠道菌群结构无显著差异(P>0.05)，然而与安慰剂组相比，P9组更接近正常水平，P9的摄入维持了受试者肠道菌群的稳定。在P9摄入30天后受试者体内植物乳杆菌丰度显著增加，而Streptococcus gordonii和Streptococcus anginosus等病原体丰度显著降低(图5B)。所以植物乳杆菌P9可以在一定程度上影响农药高度暴露人群的肠道菌群，增加有益物种的丰度，降低致病菌的水平(图S1C)。
在此基础上，我们研究了P9干预对肠道菌群代谢通路的影响。P9干预显著上调一些通路，如肌酐降解II和尿囊素降解IV，同时也会显著下调一些代谢通路，如L-瓜氨酸生物合成和5-羟色胺降解(图5C)。
6 高农药暴露人群摄入植物乳杆菌P9后，代谢发生显著变化
在了解了P9对受试者肠道菌群的影响后，我们研究了P9干预诱导的代谢组的变化，包括血清、尿液和粪便代谢组。通过对三个组分在干预前后两个时间点代谢物的对比，筛选出了一些干预前后有所差异的代谢物。结果显示，P9干预30天后，粪便中鹅去氧胆酸硫酸盐水平显著降低，而盐酸苯丙烯啶水平显著升高(表S3)。尿液中甲基吡嗪、维甲酸和香草乳酸等代谢物水平显著降低(表S4)。此外，4-3-吡啶丁酸酯、11-脱氧皮质酮、尿苷和5-氧脯氨酸等血清代谢物显著升高，而4，α-羟甲基-5，α-胆碱酯-8，24-二烯-3，β-醇水平显著降低(表1)。综上所述，在P9的影响下，人体的代谢物发生了显著变化。
7 益生菌与肠道菌群相互作用减轻炎症的潜在机制
综上所述，农药高暴露人群摄入P9可维持肠道菌群的稳定，减轻炎症反应，因此我们深入探讨了益生菌与炎症因子的潜在关系。我们对P9摄入前后产生显著变化的菌株、免疫因子、代谢途径和代谢物进行了相关性分析(r>0.4)(图6A)。结果显示，P9与肌酐II的降解呈正相关，而且相关代谢物与引导该代谢途径的免疫因子具有很强的相关性。此外，与植物乳杆菌相关的代谢物也与免疫因子呈正相关。因此，我们在完整网络图的基础上绘制了机制图来大致描述植物乳杆菌通过调节肠道菌群缓解炎症反应的潜在机制(图6B)。以上结果表明，植物乳杆菌P9在缓解农药暴露引发的炎症反应中起着关键作用。
讨论
总的来说，我们从本研究中得出了三个结论。首先频繁暴露于农药会增加人体内促炎因子的表达，引发慢性炎症。植物乳杆菌P9通过增加农药暴露人群中植物乳杆菌的丰度，调节了高频农药暴露所引起的炎症反应，促进了体内农药残留的排出。最后P9自身或宿主在P9调控下产生的代谢物也在缓解因农药而引起的炎症中发挥重要作用。本研究结果为益生菌在农药脱毒领域的应用提供了新的见解，并为植物乳杆菌P9作为预防日常生活中农药暴露的补充剂提供了客观和详细的数据。
