研究背景:砷是存在于自然界中的一种常见有毒非金属,在岩石、土壤、水和空气中均有分布。慢性砷中毒会引起贫血、感觉运动周围神经病变、心血管功能受损等临床症状,还与很多疾病有关,例如动脉粥样硬化、膀胱癌、肝癌、肾癌、肺癌等[1]。人类肠道中微生物数目大概为体细胞数的十倍之多,总数庞大的肠道菌群功能越发多样,参与很多人体正常的生理代谢活动并维持肠道内外稳态平衡,同时肠道菌群也容易被有毒物质、饮食、细菌或病毒、抗生素、外界环境等因素影响[2]。肠道菌群能够通过一系列的氧化还原反应代谢来转化有害物质带来的损伤[3],目前胃肠道中的砷代谢研究并不清晰。高通量测序技术是将某一目的基因或基因组序列测序,进行文库信息比对确定分类学组成和相对丰度的概况,能够分析所有可扩增出的基因序列所含有的信息,应用于肠道菌群的分类学测定可克服传统细菌培养某些厌氧菌不能被分离而无法定性分类的缺点,并且准确性提高能够完整的反映整个群落结构信息,耗时短,工作量小。ars1操纵子在砷氧化反应中是不可或缺的,acr3基因编码的两种不同的Acr3反向转运体acr3-1和acr3-2定位于ars两个不同的操纵子[4],所以推测acr3-1和acr3-2基因的表达可能与砷抗性有关。牛磺酸是一个结构简单的β氨基酸,有研究显示牛磺酸作为前体参加代谢活动,有抗氧化作用、与异生物质结合等作用[5],利用牛磺酸的抗氧化性探究其与砷的氧化是否有影响作用,并且牛磺酸本身对肠道菌群是否有影响也未明确定论,有研究显示牛磺酸增加肠道有益菌的丰度,减少肠道有害菌的数量,增加短链脂肪酸的含量,降低脂多糖的浓度,对肠道健康有积极的影响[6],因此本文在肠道菌群探索牛磺酸是否能够抵抗砷氧化的不利影响。目的:探讨慢性砷暴露对小鼠肠道菌群的影响及牛磺酸对砷暴露肠道菌群的影响。方法:1.成年雄性昆明小鼠,体重18-22g左右,20只,分为四组,每组五只。对照组给予纯净水饮用,砷处理组饮用水中添加4mg/l三氧化二砷(as2o3),牛磺酸组给予牛磺酸灌胃150mg/kg体重,每周两次,砷加牛磺酸组饮用水中给予4mg/las2o3并且给予牛磺酸灌胃150mg/kg体重,每周两次。2.分别在四个月时收集小鼠新鲜粪便,对粪便基因组的总dna进行抽提,测定纯度及基因组的完整性。3.用提取的细菌dna进行pcr扩增16srdnav4区基因组dna。4.16srdna高度可变区高通量测序分析肠道菌群的组成。5.实时定量pcr分析与抗砷性有关的基因acr3-1和acr3-2拷贝变化。结果:1.砷处理组、砷加牛磺酸处理组和牛磺酸组在总体群落多样性程度和丰富度水平上与对照组均无显著性差异。在三个处理组中拟杆菌门的丰度增加,且牛磺酸组增加最多。厚壁菌门的百分比在三组中均有所降低,牛磺酸组厚壁菌门的百分比降低较两外两组多。变形菌门的百分比在三个处理组中均降低,且砷和牛磺酸共同作用组降低略多,可能是由于砷和牛磺酸均能导致变形菌门的降低,共同作用的结果。毛螺菌科在砷暴露组百分比降低。葡萄球菌属、矮椰子菌属、糖多孢菌属、颗粒链球菌属、turicibacter和密螺旋菌属百分比在含砷组均有显著性的降低,并且在砷加牛磺酸组中均恢复。脱硫弧菌属百分比在牛磺酸组显著降低。黄杆菌属百分比在砷组显著升高,在砷加牛磺酸得以恢复,而牛磺酸单独作用组黄杆菌属的百分比增加。四个组百分比较高的群落代谢功能没有显著性的改变。2.经慢性砷暴露处理后小鼠acr3-2基因的拷贝数与对照组相比有显著的下降,加入牛磺酸后acr3-2基因拷贝数恢复到正常水平。acr3-1基因的拷贝数与对照组相比无显著性差异。结论:1.4mg/l三氧化二砷暴露对昆明小鼠肠道菌群总体的多样性和丰富度水平无显著影响。2.牛磺酸对砷导致的葡萄球菌属、矮椰子属、糖多孢菌属、颗粒链球菌属、Turicibacter和密螺旋菌属的丰度降低有恢复作用。3.牛磺酸可降低肠道致病菌脱硫弧菌属的丰度。4.慢性砷暴露导致acr3-2基因拷贝数显著降低,加入牛磺酸后acr3-2基因拷贝数恢复到正常水平。