焦虑可能与食品添加剂有关,警惕食品添加剂引起微生物群变化

焦虑可能与食品添加剂有关,警惕食品添加剂引起微生物群变化

谷禾健康


有没有发现我们吃的食品正在变得越来越鲜艳,让人有食欲,“低脂”、“无糖”等字眼出现的频率越来越高,然而这其中必然会用到各类食品添加剂,如防腐剂,甜味剂,乳化剂,着色剂,香料等等。

可以看到孩子们喝的牛奶都是纯白无瑕的,事实上天然牛奶往往没有那么白;孩子们吃的五颜六色的糖果,糕点等也会结合一些人工色素,因此儿童比成人更容易接触到食用色素。

食品添加剂会诱发菌群失调,通过微生物群肠脑轴导致肠道疾病,代谢性疾病等各类问题的发生。这个过程是如何发生的?各类添加剂有什么不同的作用?为什么儿童学习、记忆受到影响?为什么与情绪也有关系?…

本文为大家解答相关疑惑。

首先,我们先来看看:食品添加剂都有哪些种类,它们起到什么样的作用,以及如何查看食品中是否存在添加剂。

01
食品添加剂的种类及功能

工业界使用合成色素使其产品更有吸引力,使用防腐剂有助于保持其功能,适当pH值等特性,因此在大多数情况下,食品添加剂是不可或缺的存在。常见的食品添加剂及其功能用途见下表。

IFIC & FDA

虽然食品添加剂有以上种种用途,然而,它们也被证明能促进组织损伤和炎症效应,与之变化相关的疾病包括溃疡性结肠炎、克罗恩病或病原菌过度生长。

例如,诱惑红也称为40 red和E129,是一种源自偶氮族着色剂的红色钠盐。FDA批准其作为不同化妆品、药物和食品的着色剂使用。这种着色剂的存在与儿童过敏反应、多动症注意力缺陷组胺水平升高有关;而成年人则会出现头痛、生理失调和高血压

此外,还有一些食品添加剂,如合成或天然甜味剂,与肥胖病例的增加有关;也有人认为乳化剂促进慢性炎症性肠道疾病……

在前面一篇文章中,我们已经了解到关于许多关于影响肠道菌群失调的因素,食品添加剂也是其中之一。接下来,我们逐一阐述各类添加剂对微生物群的影响,以及它们产生大脑效应的信号(肠道菌群-脑轴)。

02
从微生物群的角度看食品添加剂的影响

由于食品添加剂种类不同,对微生物群产生的影响也不一样,我们把常见的添加剂大致分为以下几大类来说明:着色剂,甜味剂,乳化剂,防腐剂,纳米颗粒

着色剂

关键词: 炎症、癌症易感性、多动症、学习、记忆、认知行为、帕金森病、阿尔茨海默、母婴

不同着色剂对肠道微生物群脑轴产生不同影响。当着色剂作为混合物施用或单独施用时,观察到不同的效果。已通过体内研究证实,观察到海马神经发生变化;组胺增加;海马雌性大鼠的N-甲基-D-天冬氨酸受体表达减少雄性大鼠的表达增加,短链脂肪酸减少

不同的体内研究使用了小鼠模型,在一个案例中监测了儿童,证明着色剂在肠道微生物-脑轴中的作用,从而得出它可引起过度活跃、炎症、菌群失调、海马损伤、结肠DNA损伤、神经毒性作用和致癌作用的结论。

就其本身而言,体外研究证明存在苯胺、脂质过氧化、失调、致癌和短链脂肪酸的减少。这些结果是通过分析人类粪便和细菌培养获得的。

具体可看下表。

Abiega-Franyutti P et al., Toxicology. 2021

此外,一项关于小鼠模型的研究表明,摄入柠檬黄会引起记忆改变和神经毒性。同时,诱惑红的摄入与血清素、γ-氨基丁酸(GABA)和组胺水平的降低以及氧化应激的增加有关;同时也注意到学习、记忆和前额叶皮质结构的改变。大量食用色素与帕金森病阿尔茨海默病等疾病有关,尽管确切的机制尚不清楚。这可能是由于通过肠道微生物群脑轴传播的神经递质减少,或者在摄入食用色素时信号发生改变。

所有上述情况都可以通过体外研究来维持,其中已证明偶氮染料的混合物会导致微生物群的基因突变,如酿酒酵母中所见,以及微生物代谢的减少,从而减少短链脂肪酸的产生。短链脂肪酸是通过肠道微生物群脑轴传播的一些成分,它与免疫系统有关,但也与血清素和色氨酸信号有关。

甜味剂

关键词:糖尿病、代谢综合症、肥胖、肾脏损伤、微生物失调、炎症、致癌

现在有很多种甜味剂,天然甜味剂如甜菊醇和僧侣果,人造甜味剂如阿斯巴甜,或合成甜味剂的混合物如:Sucrazit、Sucralite、Saccharin、Sweet’n Low Gold等。

人工甜味剂导致短链脂肪酸减少,因为拟杆菌增加,梭状芽孢杆菌数量减少,这种微生物群的变化可导致II型糖尿病。蔗糖和果糖也会导致生物失调,当给予高脂饮食和蔗糖(HFS)时,Aggregatibacter、Bilophila、鞘氨醇单胞菌Sphingomonas、Turicibacter和克雷伯菌减少,而给予高脂饮食和果糖(HFF)则增加Reuteri B. Fragilis的水平。

HHF和HHS两组的氧化应激均增加均出现胰岛素和葡萄糖不耐受以及炎症。当用蔗糖喂养大鼠时,它们的体重比用其他甜味剂增加了很多。

另一项研究注意到,非热量甜味剂减少了乳酸菌、粘菌和双歧杆菌,而蜂蜜和红糖增加了双歧杆菌,减少了肠球菌群。还注意到三氯蔗糖增加了代谢性内毒素血症(ME),而蜂蜜没有显示任何代谢性内毒素血症的证据;萄糖、甜菊糖苷和红糖显示出中等代谢率,而在食用非热量甜味剂时,显示出高水平的酮体。

一项体外研究表明,暴露于甜菊醇的儿童会产生肠道失调,但肠杆菌和双歧杆菌的水平增加

Abiega-Franyutti P et al., Toxicology. 2021

尽管有大量关于甜味剂对微生物群影响的信息,但大多数研究都集中于评估其与肥胖、2型糖尿病、代谢综合征和胃肠道系统等疾病的关系。尽管有几项研究评估了饮食与大脑及其对人类行为的影响,但很少有研究发现甜味剂的摄入与通过肠道微生物群-大脑轴对大脑的影响有关。

食品乳化剂

关键词:结肠炎、代谢性疾病、菌群失调、炎症、焦虑、社交行为减少

各种研究表明,食品乳化剂能够增加肠道炎症,这是由于胃肠道粘液屏障的厚度减少,导致肠道屏障的通透性增加,并对结肠炎和代谢性疾病具有重大易感性。乳化剂也会导致胃肠道菌群失调;观察到bacteroidals和疣微菌门减少活泼瘤胃球菌属、Bacteroids、伯克霍尔德菌、韦荣球菌属、Anaeroplasma、变形菌门、梭状芽孢杆菌增加

Muc2是一种促炎症基因,在服用P80时由于胃肠粘液层厚度减少而过度表达。在雄性和雌性大鼠中施用P80和CMC时,不同的细菌种类增加或减少。据报道,在服用CMC和P80后,雄性小鼠的焦虑水平增加,而雌性小鼠社交行为减少

防腐剂

关键词: 菌群失调、厚壁菌门、疣微菌门、拟杆菌、变形菌

体外和体内观察到类似的结果,使用苯甲酸钠、硝酸钠和山梨酸钾后,小鼠体内和体外人类粪便中的厚壁菌数量减少疣微菌门、拟杆菌和变形菌数量增加(下表)。

Abiega-Franyutti P et al., Toxicology. 2021

一项体内研究发现,当给NOD2缺陷小鼠和野生型小鼠服用苯甲酸钠、硝酸钠和山梨酸钾时,结果会导致菌群失调,在NOD2缺陷小鼠中菌群失调率更高

食品纳米颗粒(NP)

关键词: 菌群失调、记忆、学习和运动能力障碍、焦虑、胎儿发育、妊娠转移、血压

许多食品纳米颗粒,如银(Ag)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)和锌等会发记忆、学习和运动能力障碍,并以不同方式促进肠道菌群失调

 导致焦虑行为,记忆受损及肠道菌群失调

首先,Jadurek等人注意到类似焦虑的行为,如Sprague-Dawley大鼠的头部下倾等重复运动,以及服用Ag-NP时学习和记忆似乎受到影响。然后,在小鼠中观察到TiO2 NP的给药效应,导致变形菌和放线菌减少,细菌代谢产物的变化,如低水平的乙酸盐三甲胺的增加,以及自主活动的抑制。

从这个意义上说,当施用TiO2 NP时,诸如生长抑素受体(Sstr1和Sstr2)等神经肽会减少。这些变化与ZnO2 NP暴露时出现的变化相似。不仅如此,作者还将焦虑的增加与菌群失调联系起来。ZnO2 NP减少了放线菌和脂质代谢


这些报告也适用于小鼠口服SiO2 NP的研究,口服SiO2 NP导致空间和记忆障碍,神经肽Sstr2和血管活性肠道肽受体(Vipr1)增加肠道菌群失调和紧密连接蛋白-1 (Tjp1)和occludin损伤

 影响胎儿生长发育

有报告表明,TiO2和SiO2等食品纳米颗粒能够穿过胎盘屏障,胎儿生长受阻,胎盘屏障的通透性改变。因此,一些研究人员认为评估纳米粒在妊娠不同阶段的作用很重要。Pietroiusti等人发现其在胎儿发育中的分布和作用不仅取决于胎盘屏障的通透性,还有其他条件,如纳米颗粒的蛋白质电晕类型以及颗粒与介质之间的物理化学特性。

 母胎妊娠转移

在食物接触TiO2 E171颗粒的情况下,在志愿者组中观察到,在摄入后数小时内这些颗粒在血液中吸收。一些研究报告,通过口服或静脉途径手术,TiO2 NP存在母胎妊娠转移,并且这些转移积聚在肝脏、睾丸和大脑等不同器官中,导致后代认知功能紊乱和肠道微生物群失调

也有研究认为怀孕期间摄入TiO2 NP会导致后代成年期的大脑功能紊乱,学习和记忆困难,以及与自闭症谱系相关的显著行为缺陷。这些变化可能与在海马和大脑皮层变化有关,这两个区域都与脑肠双向轴的调节有关。

Fournier等人认为在怀孕前三个月吸入TiO2或细颗粒材料(PM 2.5)等纳米材料会增加儿童期的血压

添加剂混合物

不同食品添加剂的混合物会导致细菌发酵的减少,从而导致短链脂肪酸的数量减少。见下表。

Abiega-Franyutti P et al., Toxicology. 2021

03
食品添加剂如何导致疾病发生?

接下来针对不同添加剂从以下方面机制来阐述其对微生物群肠-脑轴的影响:

微生物群失调、炎症、记忆、神经毒性、脑信号效应

着色剂

关键词: 短链脂肪酸、神经递质、血清素、组织损伤、性别

当苏丹III被嗜酸乳杆菌发酵乳杆菌降解时,苯胺被释放(注:苯胺与毒性和癌变有关,在脾脏中诱导硫脂过氧化和蛋白质氧化)。施用这些食用色素时,产气荚膜梭菌、鼠李糖乳杆菌和粪肠球菌的生长减少,促进体内的炎症过程。

 诱惑红和苋菜红可能增加癌症易感性

诱惑红和苋菜红的组合会导致酿酒酵母暴露的遗传毒性。这种酵母在生物失调中起着重要作用,因为它能够在体内产生促炎和抗炎细胞因子(IL’s)。此外,体内食用色素的存在能够引起微生物群构成的变化。其中一种修饰导致短链脂肪酸的减少,可能有助于降解食用色素。短链脂肪酸是调节炎症和控制肠道通透性的基础。因此,结合起来,酿酒酵母和短链脂肪酸作为炎症调节剂发挥着基本作用。低水平的短链脂肪酸可能是结肠细胞毒性和遗传毒性的危险因素,增加癌症易感性

 柠檬黄和诱惑红——短链脂肪酸减少,降低抗炎

另一项研究报告了短链脂肪酸的产量减少,特别是丁酸、丙酸和乙酸。在这项研究中,样本取自人类粪便培养物,与诱惑红和柠檬黄一起孵育。着色剂降解更快(6小时),乙酸和丙酸盐的产量减少27%。因此,过量食用柠檬黄和诱惑红会导致短链脂肪酸的减少,从而降低体内的抗炎作用

许多研究提到,食用色素在儿童期造成的伤害比成人期更大,尤其是在组织损伤方面。

许多含有色素的食品(比如糖果),对儿童更具吸引力。再比如,前面我们已经知道乳制品中也含有色素,其效果可能会积累到体内

2009年的一项研究,诱惑红和苋菜红的组合减少了神经前体细胞。这些色素在婴儿体内大量存在,会对宝宝造成比成人更大的伤害。儿童可能会出现注意力缺陷多动症(ADHD)以及过敏等症状。

 复合偶氮着色剂——组胺升高,多动症

此外,2010年的研究中,大量使用复合偶氮着色剂会促进儿童体内组胺水平的升高。还观察到,当儿童接触高水平的食用色素时,HNMT T939C和HNMT Thr105Ile基因会发生改变,从而产生一种比正常量释放更多组胺的多态性,这也与多动症症状有关。

 混合色素导致海马受体受损,与学习和记忆有关

海马中的NRB2B受体与记忆和学习过程有关。尽管如此,已经观察到怀孕大鼠暴露于混合色素会导致其后代海马NR2B受体受损,这些受体参与学习和记忆过程。

 色素对男女影响不一

色素在女性和男性群体中产生不同的效果。雌性降低NR2B受体表达,而雄性增加雄性大鼠nAChR-alfa4亚基减少,而雌性大鼠无相对差异

 高剂量柠檬黄——氧化应激增加

2011年的一项研究观察到,当服用高剂量柠檬黄(170−700 mg/kg, ADI0−10mg/kg/day)时,Sprague-Dawley大鼠大脑中的氧化应激水平增加。这被认为是由于肠道微生物群在降解偶氮染料时释放的自由基抑制ATP的形成。当ATP不可用时,细菌失去合成神经递质的能力,并导致氧化应激增加。这归因于脂质过氧化和氧化反应的产生。

 诱惑红过量——无损伤or改变大脑的组织学?

观点一:过量无损伤

虽然世卫组织/粮农组织JEFCA ADI对诱惑红的建议为0.7 mg/kg/天,但给CD1小鼠服用高剂量(2000 mg/kg)的诱惑红时,没有观察到损伤。因此,推测给药剂量过高,因此受试者无法吸收食用色素。

观点二:过量有损伤

2016年的一项报告认为,每天食用诱惑红会增加神经递质的总含量并改变大脑的组织学,但会按面积减少特定的神经递质。例如,低水平的神经递质是5-羟色胺、GABA和组胺,特别是海马和脑干。

此外,2018年的一项研究观察到,当小鼠组暴露于诱惑红时,负责维持空间记忆、决策、计划和其他认知行为的前额叶皮层减少。此外,大鼠的胶质细胞数量和树突状细胞长度也有所减少;这是由于口服高剂量诱惑红(70 mg/kg)所致。

食用色素会改变微生物群从而使短链脂肪酸水平发生变化,短链脂肪酸通过迷走神经与多巴胺血清素的产生相互作用,这有助于与大脑的相互作用。因此,短链脂肪酸、NRB2R、NOD2和Th12细胞的正确功能和水平对于身体保持体内平衡至关重要。人工色素的不当使用造成这些过程的出现故障,导致通过身体的重要途径发生改变,如体内平衡、记忆、脑轴和免疫平衡等出现变化,可能与未来神经退行性疾病行为改变时间记忆丧失的发展有关。

甜味剂

关键词: 糖尿病、菌群失调、拟杆菌、梭状芽胞杆菌、产丁酸菌、短链脂肪酸、酮体、天然甜味剂、抗癌降压、脂多糖

甜味剂种类很多,也包括人工甜味剂和天然甜味剂,它们的影响并不相同。总的来说,天然甜味剂更加安全可靠,人工甜味剂的摄入量尽量不超出一定范围。

 人工甜味剂的高摄入与糖尿病相关

现在许多人为了避免热量摄入食用许多甜味剂,研究表明,虽然没有热量摄入,但它会进一步恶化II型糖尿病。

2014年Suez等人探索了人工商业甜味剂的作用,如Sucrazit(5%糖精,95%葡萄糖)、Sucralite(5%三氯蔗糖)、Sweet’n Low Gold(4%阿斯巴甜)、J.T.Baker(10%葡萄糖)、Sigma-Aldrich(10%蔗糖)在微生物群肠道轴中的作用。这些作者认为,由于II型糖尿病相关微生物群的增多,如拟杆菌过多和梭状芽胞杆菌的减少,导致血清素的产生减少并分解炎症调节,这些可能导致胰岛素抵抗。

2017年也发现了类似的结果,结果显示,在给雄性大鼠喂食HHS和HHF饮食的情况下,炎症标志物和胰岛素及葡萄糖抵抗升高,这表明高摄入可导致糖尿病或肥胖

另一项研究集中于几种甜味剂,对人工甜味剂和天然甜味剂进行了比较。结果表明,人工甜味剂诱导代谢性内毒素血症,当肠上皮增加其通透性,脂多糖(LPS)开始进入血液时,血液中的LPS激活TLR-4,随后会增加炎症水平。同一项研究发现,非热量甜味剂导致酮体的产生,这可以解释胰岛素抵抗以及其他研究中显示的非热量甜味剂与2型糖尿病的关联。

◆ 天然甜味剂——蜂蜜降低炎症反应

蜂蜜已证明可促进微生物群的多样性,发现动物双歧杆菌的含量较,与脂肪组织减少有关,而Butyricoccus pullicaecorum是一种与丁酸盐的高产量相关的细菌,这意味着蜂蜜可以调节免疫系统,降低炎症反应,同时减少脂肪组织。

 天然甜味剂——甜菊醇抗癌降压控糖(仅成年人)

此外,甜菊醇甜叶菊植物中积累的另一种甜味剂。当甜菊醇处于高纯状态时,它已被证明对亚健康人有益。众所周知,它具有抗癌特性,能够降低收缩压、血糖控制和对肝脏的积极作用。尽管慢性病患者的情况也是如此,但健康儿童似乎没有相同的反应。

已经证明长期食用甜菊醇会导致儿童肠道失调。由于这些原因,粗甜叶菊提取物和甜叶菊叶尚未被FDA批准为食品添加剂。甜叶菊与肠易激综合征相关,可改变肠道微生物群组成降低伏隔核酪氨酸羟化酶和多巴胺转运体mRNA水平。(注:伏隔核是一组波纹体中的神经元,在大脑中奖赏,快乐,上瘾,恐惧等活动中起重要作用)

 非热量甜味剂的摄入量是否在安全范围?

Lobach等人在2019年的一篇文章指出,当时发表的关于非热量甜味剂影响的证据不足以证明非热量甜味剂改变肠道微生物群。如当时公布的,这些指控是不正确的,因为在他们的调查中,有几篇文章使用了FDA声明为安全的剂量,FDA声明三氯蔗糖的每日摄入量为5 mg/kg/天,糖精为15 mg/kg/天,阿斯巴甜为50 mg/kg/天(食品和药物管理局,2018年),除此之外,大多数人并不尊重每日摄入量。

 混合甜味剂可能致癌

甚至更多的商业甜味剂不仅有一种添加剂,例如,Sweet’n Low,使用葡萄糖、麦芽糊精、乙酰磺胺酮K、阿斯巴甜和二氧化硅混合物,据报道,它们可能是致癌剂。

 部分人工甜味剂中成分对人体的影响说法不一

此外,Sucrazit含有糖精钠、碳酸氢钠和富马酸。众所周知,富马酸多发性硬化症状的减轻有关,此外,已经证明有机酸胃肿瘤的形成有关。应进一步研究乙酸盐的作用,各研究结果不一致,一些文章指出,这种短链脂肪酸调节免疫系统,而另一项研究表明,乙酸盐在刺激时具有促炎特性。

 人工甜味剂导致菌群失调的原因,脂多糖升高

虽然有以上许多关于天然和人工甜味剂对肥胖、糖尿病和代谢综合征的影响的研究,但对于甜味剂引起的微生物群变化对记忆,神经毒性和脑信号的影响知之甚少或几乎一无所知。

鉴于此,2020年一项研究报告称,食用不同类型的人工甜味剂会导致外周脂多糖(革兰氏菌的细胞壁主要成分)水平升高,这将在一定程度上解释菌群失调

外周LPS可增加下丘脑室旁核(PVN)促炎性IL-1β、iNOS mRNA、NO2和CRF基因的水平。外周LPS虽不能穿过血脑屏障,但由于外周LPS到达血脑屏障,可以增加大脑对蔗糖的吸收;此外,它们可以增加蔗糖渗透

对甜味剂在这个意义上的效果研究评估极少,未来可以考虑评估这一方面。

乳化剂

乳化剂会导致菌群失调和炎症,也影响焦虑水平,其影响存在性别差异,但在这一类别中,乳化剂在这方面的效果评估才刚刚开始。

关键词: 肠道屏障厚度、肠道炎症、短链脂肪酸、性别、瘤胃球菌、变形菌门、拟杆菌、厚壁菌、梭状芽孢杆菌、伯克霍尔德菌、韦荣球菌、粪球菌

肠道微生态失调与肠道炎症高度相关,这是因为肠道微生物群在体内具有免疫调节作用。肠粘膜厚度减少拟杆菌目和疣菌目减少,以及瘤胃球菌数量增加Ruminococcus gnavus增加粘液层,减少这些细菌会导致粘液层厚度减少。该菌也会增加肠道炎症的易感性。

给小鼠服用P80,肠道屏障厚度的减少,粘液层提供结肠保护的Muc 2水平降低。因此可以得出结论,Muc 2水平的降低可导致促炎性结肠疾病。

一项体外研究采用粘膜人体模拟物,使用CMC和P80,发现代谢疾病和人类宏基因组之间的关联。

 乳化剂的影响存在性别差异

例如,当给小鼠服用羧肟酯纤维素(CMC)和聚山梨酯80(P80)时,雄性和雌性之间存在社会行为差异。据报道,男性焦虑水平增加,而女性社交行为减少。两者均表现为肠道失调,表明微生物群肠脑轴的调节受到微生物的影响。

使用乳化剂时,细菌种类的减少和增加也很明显。例如,雄性小鼠表现出厚壁菌门、Oscillospria、粪球菌属减少拟杆菌、伯克霍尔德菌、梭状芽孢杆菌和韦荣球菌属数量增加。因此,雄性可能减少了厚壁菌产生的短链脂肪酸数量;拟杆菌产生的5-羟色胺数量减少可能与焦虑水平增加有关,由梭菌调节的炎症增加

而在雌性小鼠中,拟杆菌、Sphingomondales、Sphingomonas、瘤胃球菌减少,包括短链脂肪酸在内的代谢物数量也有所减少

女性的炎症反应比男性少,因为女性增加了能减轻炎症反应的厌氧菌、变形菌门、梭状芽孢杆菌和伯克霍尔德菌的数量。这可以解释两性之间的社会行为差异。但是,关于许多其他乳化剂的效果,仍然缺少很多信息。

防腐剂

关键词: 免疫抑制、菌群失调、炎症、屏障厚度、血清素

关于防腐剂对肠道微生物群脑轴影响的信息并不多。在过去15年中,仅发现2019年的两篇文章在体外和体内样本中发现证实,苯甲酸钠、硝酸钠和山梨酸钾的混合物降低厚壁菌的数量,同时增加疣微菌门、变形菌门和拟杆菌的数量。

厚壁菌对微生物群的作用是在碳水化合物降解时产生短链脂肪酸。因此,混合的防腐剂可能导致短链脂肪酸的减少,从而导致免疫系统抑制、失调和炎症。然而,事实上,随着防腐剂的存在,疣微菌门的数量增加,有助于增厚肠粘膜屏障,而拟杆菌的增加也增加了血清素的产生。

此外,在体内防腐剂研究中,将苯甲酸钠、硝酸钠和山梨酸钾施用于NOD2缺陷和野生型小鼠。尽管在两种类型的小鼠(野生型和NOD2敲除)中都观察到了微生态失调,但当NOD2缺陷小鼠服用防腐剂时,情况最为严重,这表明NOD2在调节微生物群水平方面起着重要作用。

NOD2的增加可能导致过度炎症, 但当NOD2受到调节时,它可以在免疫系统建模中发挥重要作用。另一方面,NOD2的减少并不意味着没有任何炎症,相反,免疫系统中的不同机制可能导致炎症,例如Th1细胞、Il-1、Il-6或其他促炎症标记物。

纳米颗粒

关键词: 炎症、紧密蛋白、肠道通透性、神经肽、活性氧、DNA损伤、肿瘤诱导、学习和记忆缺陷及焦虑、放线菌、血清素、血脑屏障、胎盘屏障

2019年的一项研究,以不同剂量向小鼠施用TiO2 NP。观察到代谢物的变化,如乙酸盐的减少三甲胺的增加。已知乙酸盐保持粘液层的厚度,而高水平的三甲胺可导致动脉粥样硬化,增加导致高血压的风险。TiO2 NP还导致muc 2表达减少,导致炎症以及结肠中巨噬细胞的增加。

此外,当向小鼠施用SiO2 NP和E171时,紧密连接蛋白1(Tjp1)和闭塞蛋白的表达减少,这些紧密连接蛋白的减少增加了肠道通透性,这可能导致肠道炎症。

后来的研究指出,当施用TiO2 NP时,诸如Sstr1和Sstr2(生长激素受体)等神经肽减少,而施用SiO2NP时,神经肽Sstr2和Vipr 1似乎增加,因此应进一步研究该问题。

在给小鼠施用TiO2时发现活性氧(ROS)增加,以及DNA损伤和肿瘤诱导,需要注意的是NP的大小不同(148、36、28 nm),有不同程度的损害,因此有必要注意NP的大小来评估产生的损害。

虽然有很多关于食品NP对微生物群和消化系统的影响的研究,但仍然没有足够的信息来理解其影响,不过纳米技术已经被用于研究、诊断和治疗大脑中的疾病。

 Ag NP 导致学习和记忆缺陷及焦虑

在Sprague-Dawley大鼠暴露于(1−10 mg/kg)的银NP,证明银(Ag NP)促进星形胶质细胞的核收缩和细胞质肿胀,并扩大微血管内皮细胞核。然而,也有研究表明,银NP导致雄性大鼠的学习和记忆缺陷以及焦虑样行为,尽管在肠道或大脑中未发现组织病理学变化。

 ZnPO NP使放线菌减少,引起焦虑,记忆下降

此外研究表明,氧化锌纳米颗粒ZnPO NP减少肠道微生物群中的放线菌数量增加焦虑水平以及学习、记忆和运动功能障碍。已知放线菌可下调脑源性神经营养因子(BDNF的基因表达。(注:BDNF是一种信号通路的激活剂,可增加脑细胞的突触可塑性,获得更好的海马记忆和学习功能)

而第二项研究表明,在无病原体的小鼠模型中口服TiO2 NP,测量了血清素水平,以了解记忆和运动能力丧失是否与血清素水平的变化有关,但没有显示出变化。这表明血清素与运动能力损害无关。

有学者认为,对自主活动的影响是由兴奋的肠道神经元引起的,这些神经元可以通过微生物群-肠-脑轴影响大脑。

◆ 一些纳米颗粒可能穿过血脑屏障影响大脑

一些纳米颗粒,如TiO2、SiO2、Au或Ag-NP能够穿过小鼠和大鼠的血脑屏障,导致NP可能在大脑中积聚特别是在海马和大脑皮层。还注意到NP能够在胃肠道中积聚。NP可干扰肠内分泌细胞粘附,导致肠道通透性增加,NP对血脑屏障有相同的作用,使NP有可能通过血脑屏障,一旦通过屏障,很难将其从大脑中排出,导致NP的积累。因此,长期摄入NP可导致多种脑功能紊乱,如氧化应激、炎症、学习和记忆丧失,甚至可能诱发脑疾病,但必须进行更多的研究来证实这一点。

 纳米粒效应——胎盘屏障改变

此外,怀孕期间的纳米粒效应可能是母亲和胎儿的最大风险之一,胎盘屏障可能会改变。

含有纳米颗粒的食品、药品、牙膏和化妆品的数量不断增加,有必要深入研究接触这些物质的影响,而不仅仅是对食用NP的人,应明确警告孕妇在食物中的这些颗粒的含量,以考虑在怀孕期间的安全性,并避免孩子成年后出现与肠道大脑微生物轴的功能相关的疾病

其他食品添加剂

还有其他种类的食品添加剂,如增味剂、抗氧化剂、pH调节剂,其对大脑的影响值得评估。从这个意义上说,2019年的一项研究指出维生素、益生菌、纤维、多酚、锌和铁在利用肠道微生物群-脑轴保持大脑健康方面的作用。在这方面,没有关于抗氧化剂的负面影响的报道

然而,在微生物群中还有其他具有负面影响的食品添加剂。最近一项关于铜对肠道微生物群和代谢组的影响的研究表明,Sprague-Dawley大鼠接触铜会降低益生菌的丰度和厚壁菌/拟杆菌的比例,从而改变脂肪代谢和肠道炎症相关细菌的丰度。

 味精如何影响大脑?

味精是一种风味增强剂,用于食物提升鲜味,但对大脑有负面影响。研究表明谷氨酸在肠-脑轴中的重要性,谷氨酸能够通过刺激肠道中的谷氨酸受体来激活迷走神经,这反过来又激活迷走神经传入纤维,它会导致孤束中的尾核,不同的神经纤维辐射到大脑的不同部分,如下丘脑、大脑皮层和杏仁核,这是直接或间接的。

特别是在摄入味精时,下丘脑的四个区域受到刺激;内侧视前区、外侧下丘脑区、背内侧核杏仁核

在给大鼠服用味精时,会产生特定的蛋白质,例如,下丘脑中的内侧视前区(mPOA)和背内侧核(DMH),参与体温调节;下丘脑外侧区(LHA)和脑室旁核(PVN),也位于下丘脑,它们调节食物能量和肠道内稳态。由此表明谷氨酸通过专用肠道受体的信号传导影响多种生理功能,包括通过肠-脑通路的肠道功能和能量稳态。

虽然看起来味精对人体有影响,但这也不能说,味精就不能吃了,即便是味精不吃,一些酱油里面也大量添加谷氨酸盐,我们很难完全避免它。只要不过量摄入,世界卫生组织和 FDA 都表明它是安全的。(EFSA:谷氨酸及其盐的安全摄入量是30mg/kg/d。相当于对于一个 60 公斤的成年人,每天不超过 1.8 克)

04
结 语

综上我们可以看到,食品添加剂是一把双刃剑。一方面它可以改善食品的色香味,调整营养结构,改进加工条件,延长食品的保存期,在维护食品安全方面发挥重要作用;另一方面若使用不当将带来一定风险,可能对微生物群造成影响从而不利于健康。减少食品添加剂的方式详见附录。

总而言之,由食品添加剂促进的肠道微生物群变化与导致许多疾病之间已建立了明确的联系,当然,长期食用食品添加剂对微生物群肠脑轴及其病理学的影响还需要进一步研究。

附录:减少添加剂摄入的方式

我们日常生活中,也几乎不太可能完全避免食品添加剂,以下方式可尽量减少食品添加剂的摄入。

正确认识食品添加剂

我们需要以正确的心态选购食品,避免过度追求食品的外观,包括色泽等。

查看食品成分

适当查看食品包装上的成分表,逐渐养成习惯,增强食品安全意识。(可参考本文第一章节的表格)

限制加工食品的摄入量

糖果、薯片等色泽鲜艳或各种美味的加工食品常常会诱惑你,而这些食物中往往会有许多添加剂,尽可能不多吃这些,也是在控制添加剂的摄入。

吃健康原始的食物

蔬菜和水果,以及其他植物性食物。想吃零食的时候,或许可以吃个新鲜水果代替,解馋的同时也限制了添加剂的摄入。

自己烹饪食物

自己做饭一般添加剂会比外面吃的少,可以尽量避免防腐剂、着色剂、肉味提味剂等,调料能在更加可控的范围内。

主要参考文献:

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