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环境毒物如何影响肠道微生物与人体健康

谷禾健康

在现代社会，环境毒物已成为影响人类健康且尚未得到充分研究的风险因素。这些有害物质，从工业化学品和污染物到日常家居用品，均可能通过复杂的生物机制对健康产生深远影响。尤其令人关注的是，研究发现这些环境毒物不仅直接影响人体，还对肠道微生物群这个复杂的生态系统造成显著干扰。

肠道微生物群是我们消化道内的重要组成部分，对调节免疫系统、代谢功能和神经活动等方面起着关键作用。例如，肠道菌群能够通过产生短链脂肪酸（SCFAs）来调节免疫反应，增强肠道屏障的功能，从而降低慢性炎症的风险。然而，若这种微妙的平衡被扰动，将可能引发一系列健康问题，包括慢性炎症、肥胖、糖尿病、癌症和神经退行性疾病等。

研究表明，环境毒物的暴露（如铅、镉、农药和邻苯二甲酸盐等）会导致肠道微生物的组成和功能改变。例如，铅暴露与有益细菌数量的减少相关，导致乳球菌和阿克曼菌减少，而脱硫弧菌和大肠杆菌等机会性致病菌则显著增多。此外，还发现环境毒物影响下维生素和胆汁酸的浓度失衡，以及一氧化氮生成的增加也随之发生。这直接影响宿主的代谢和免疫功能。

相反，肠道微生物组也能影响环境毒物的毒性。例如，某些肠道细菌能够代谢并转化环境中的化学物质，从而减轻它们对宿主的损害。一项研究指出，某些益生菌如植物乳杆菌能够帮助降解体内的有机污染物，减少其生物积累和毒性。此外，肠道微生物能通过直接与环境毒物相互作用、影响其生物利用度，间接改变其对健康的影响。

本文通过综合各领域的研究成果，探讨环境毒物如何通过肠道微生物组影响人类健康，尽量基于研究结论去揭示环境毒物与肠道微生物组之间的复杂关系。本文还将探讨如何通过调整饮食与生活方式来调控肠道微生物反应，从而缓解环境毒物的潜在危害。

我们希望本文不仅能为学术界提供有价值的见解，还能激发公众对环境健康问题的关注，共同应对这一全球性挑战。

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01

环境毒物与肠道微生物

▸ 什么是环境毒物？

环境毒物是指广泛存在于空气、水、土壤、食品和日常用品中的有害化学或金属物质，如重金属（铅、汞、镉、砷）、农药、工业有机污染物、增塑剂（邻苯二甲酸盐）等。

它们可通过饮食、饮水、吸入或皮肤接触进入人体，扰乱机体免疫、代谢和神经等系统，进而增加多种慢性疾病甚至癌症的风险。

多种引起毒性的环境毒物

★ 剂量和胃肠道对物质毒性有重要影响

帕拉塞尔苏斯（Paracelsus，1493-1541）提出的名言“仅剂量决定某物不是毒药”奠定了当代毒理学的核心原则，强调评估物质毒性必须关注剂量。

他另一句“生命中最重要的事情发生在消化道的开始和结束之间”，突出了消化系统在毒理学中的重要性。由此引出对环境毒物与胃肠道微生物群相互作用的研究，强调剂量对毒性的关键影响，以及肠道内数万亿微生物对人类健康与疾病的重要作用。

▸ 胃肠道微生物与环境毒物

胃肠系统是人体微生物最密集的区域，细菌量从胃的101–103 CFU/mL到结肠的1011–1012 CFU/mL不等，已鉴定出数千种细菌，显示肠道微生物群高度复杂，以细菌为主，古细菌、真菌和原生动物为次要成分。

微生物群参与胃肠道的形成与稳态，并与免疫和神经系统协同，其与摄入外源性物质存在密切且重要的相互作用。

▸ 环境毒物扰动肠道微生物群

研究表明，环境毒物暴露会显著扰动肠道微生物群。如镉暴露与微生物多样性降低及特定菌群丰度变化相关；汞暴露同样可改变菌群构成，并可能促进其整体毒性作用。

由于肠道微生物群在营养代谢、免疫调节及抵御病原体方面发挥关键作用，这一脆弱生态系统的失衡将损害上述功能，从而危及宿主健康。

微生物组与环境毒物的相互作用

▸ 肠道微生物影响环境毒物毒性

相反，肠道微生物群可以通过各种机制影响环境毒物的毒性。微生物可以改变环境毒物的化学形态，影响其吸收和生物利用度。

此外，某些细菌具有解毒或隔离环境毒物的能力，可能减轻它们对宿主的有害影响。肠道微生物组参与调节炎症和免疫反应，使环境毒物与宿主毒性之间的关系进一步复杂化。

肠道微生物群影响环境毒物的生物利用度和毒性

深入理解肠道微生物与环境毒物之间的复杂互作，是全面认识环境暴露相关健康结局的关键。环境毒物与肠道微生物组之间的精细关系突显了环境毒理学的多维性。随着对肠道微生物组认识的不断加深，其在调控环境毒物健康效应中的核心作用日益清晰。

环境毒物对肠道微生物群及人体的影响

环境毒物影响肠道微生物组，反过来微生物组也调节环境毒物毒性，这一双向作用已成为快速发展的研究热点，对人类健康和环境管理具有重要意义。只有全面阐明环境污染物与胃肠道微生物群的相互作用，才能制定有效策略减轻健康损害，维护个体与生态系统的整体福祉。下面我们将详细具体地阐述日常生活环境中常见有毒物质与肠道微生物群的相互作用及其对人体健康的影响。

02

邻苯二甲酸盐(PAE) 和肠道微生物

▸ 邻苯二甲酸盐(PAE)：来源、健康影响

▸ 什么邻苯二甲酸盐(PAE)？

直接说“邻苯二甲酸盐”（PAE），很多人可能并不了解；但如果说它是一种用来让塑料更柔软、有弹性、不易脆裂的添加剂，这样可能就容易理解多了。

▸ 食品、日用品、玩具、医疗用品中都有PAE

人类接触邻苯二甲酸盐（PAE）可分为直接和间接两类。直接接触指直接使用PAE或含PAE的产品；间接接触则是PAE通过浸出或渗透污染环境或其他产品。研究显示，截至2017年，全球PAE年产量已超过600万吨，其年消耗量持续增加，人群体液样本中PAE代谢物检出频率亦在升高。

食品是人类暴露PAE的重要来源之一，已在酒精饮料、食用油、乳制品、饮用水、肉类、家禽和蔬菜等中检测到。其脂溶性、低熔点、高沸点及易溶于乙醇等特性，促进其由接触材料迁移至食物并被摄入。

在儿童用品中，塑料玩具、牙胶和餐具因价廉耐用而被广泛使用，部分含有邻苯二甲酸酯（PAEs）的产品可能导致儿童通过手口接触和含吮行为摄入该类毒物。

在医疗领域，邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP) 常作为医疗器械增塑剂，为留置类器械提供柔韧性。因其不与塑料形成化学键，使用中易析出并在体内累积。药物制剂中部分杂质来源于增塑剂的浸出或迁移。片剂和胶囊通常包裹聚合物包衣，以调控其在胃肠道内释放的时间和部位。

最常见的邻苯二甲酸盐

多种日常用品，如清洁剂、指甲油、香水和个人护理品中普遍含有PAE，邻苯二甲酸二乙酯(DEP)常作香精定香剂。研究表明，环境PAE可沉积于棉和聚酯纤维，且棉中浓度更高，这些纺织品主要经皮肤致暴露。

此外，PAE还可由家用产品、服装、建材和汽车部件等释放至空气，通过吸入进入人体。

▸ PAE暴露与多种健康问题有关

目前，PAE暴露已被关联于多种健康问题，包括内分泌与生殖功能紊乱、性早熟、子宫内膜异位症、性发育异常、不孕不育、胎儿发育异常、乳腺癌和皮肤癌、肥胖、2型糖尿病、注意力缺陷多动障碍、自闭症谱系障碍，以及心、肝、肾毒性、哮喘和过敏等。

邻苯二甲酸盐对人体健康造成的影响

需强调的是，儿童与成人对PAE的反应可能不同，儿童因频繁手口行为而更易摄入，暴露风险更高。

▸ 邻苯二甲酸盐(PAE)与肠道微生物的互作

邻苯二甲酸盐（PAE）因广泛存在及其潜在健康危害而备受关注。近期研究逐步揭示PAE暴露与肠道菌群（GM）之间的复杂联系，表明其可影响微生物组成及宿主健康。

▸ 暴露于PAE后，乳杆菌和双歧杆菌减少

暴露于常见邻苯二甲酸盐（PAE）化合物邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP) 后，多种关键菌种水平明显变化，其中乳杆菌和双歧杆菌等有益菌显著减少，导致整体菌群多样性和丰度发生重塑。

PAE经摄入或吸收后在体内代谢，产生可干扰微生物生长和代谢的活性产物；同时，PAE还可能损伤微生物细胞结构或关键代谢过程，打破菌群平衡。

▸ PAE可能营造导致菌群失衡的环境

新证据显示，PAE暴露可引发肠道炎症并削弱黏膜屏障，从而营造有利于菌群失衡的环境。人群流行病学研究亦支持这一关联：在成人队列中发现，尿中PAE代谢物水平与肠道微生物多样性及丰度变化之间存在显著相关。

这些结果突显PAE相关菌群生态失调在实际人群中的重要性，并提示其对公共卫生干预具有潜在影响。PAE导致的肠道微生物群改变不仅破坏肠道微生态，还影响宿主整体健康和疾病易感性。肠道微生物群在维持代谢稳态、调节免疫功能及保障肠屏障完整性等方面至关重要；因此，PAE 诱导的菌群失衡可能增加代谢综合征、胃肠道疾病、免疫失调及神经发育异常等多种健康风险。

▸ PAE还通过营养可用性和免疫影响肠道菌群

此外，PAE还可通过改变微生物生长与代谢所需营养和底物的可及性来影响肠道微生物群，干扰肠腔中膳食成分的吸收和利用，并通过调节肠上皮营养转运与代谢相关基因的表达，改变宿主—微生物相互作用。营养供给和宿主信号的变化共同塑造肠道微生物群的结构与功能。

PAE还可通过调节宿主免疫反应间接影响菌群。已有研究将PAE暴露与免疫失调联系起来，如炎症水平升高和免疫细胞功能异常，这会改变肠道微环境和菌群构成。肠道炎症有利于有害菌繁殖并抑制有益菌生长。PAE还与破坏肠上皮屏障完整性相关，导致通透性增加及微生物产物大量进入血液，即“肠漏”现象，从而诱发系统性免疫激活和炎症，进一步影响肠道微生物群的组成和功能。

▸ 肠道菌群调节PAE的代谢和生物效应

邻苯二甲酸盐（PAE）与肠道微生物群之间存在双向关系：PAE可改变肠道微生物群的组成和活性，而肠道微生物群又能调节PAE的代谢和生物效应。

研究发现，肠道细菌具有多种酶，可通过水解、还原和氧化等过程分解PAE。由于肠道微生物群的组成和代谢活性在个体间差异显著，PAE的代谢效率及对其不良作用的易感性亦随之不同。部分菌群可将 PAE 转化为毒性较低或更易排出的代谢物，有助于解毒并降低健康风险；而特定菌种则可能将PAE转化为更具毒性的代谢物，放大其对宿主的危害。

此外，肠道微生物群还能调节机体对 PAE 暴露的免疫和炎症反应，从而影响 PAE 相关疾病的发生风险。例如，肠道细菌可通过与宿主免疫系统互作，改变 PAE 诱导的炎症程度。研究表明，在炎症性肠病（IBD）等慢性炎症性疾病中，菌群失调引起的持续炎症，可进一步加剧 PAE 对肠道健康与功能的负面影响。

▸ 邻苯二甲酸盐(PAE)对肠道健康的影响

▸ 破坏肠道屏障功能

邻苯二甲酸盐（PAE）通过影响紧密连接蛋白破坏肠上皮完整性。PAE 可干扰这些蛋白的表达和组装，使紧密连接减弱、屏障通透性升高。多项研究发现，暴露于PAE会降低关键屏障蛋白水平，导致屏障功能下降。

此外，PAE 可在肠上皮诱导氧化应激（OS）和炎症，进一步削弱屏障功能。其通过提高活性氧（ROS）水平、抑制抗氧化酶活性，导致脂质、蛋白质和 DNA 氧化损伤，并破坏紧密连接结构。

PAE 还能诱导肠黏膜炎症，增加屏障负担，可激活巨噬细胞、树突状细胞等免疫细胞，促进 IL-6、TNF-α、IL-1β 等促炎因子及趋化因子释放，加重炎症并损伤屏障。

同时，PAE 可改变肠道微生物组组成与功能，诱发菌群失调，导致通透性升高和屏障障碍。其暴露会破坏菌群平衡，减少短链脂肪酸产生，部分菌还可将 PAE 代谢为有害或促炎产物，进一步加重屏障损伤。

▸ 邻苯二甲酸盐的促炎作用

PAE与肠道炎症密切相关，多项研究表明其长期暴露可促发并加重消化道炎症。PAE通过激活巨噬细胞、树突状细胞和淋巴细胞，诱导 IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-8 等促炎因子和趋化因子产生，招募更多免疫细胞并加剧肠壁损伤和炎症，同时打破促炎与抗炎信号平衡，放大炎症反应。

PAE还能在肠黏膜诱导氧化应激，进一步推动炎症和组织损伤。其通过增加活性氧生成、抑制抗氧化酶活性，导致脂质、蛋白质和 DNA 氧化损伤，并激活炎症通路，放大肠道炎症级联反应。动物研究证实，PAE 暴露可显著引起肠道炎症。

▸ PAE可诱发炎症性肠病、肠易激综合征等疾病

PAE可通过破坏肠道屏障、诱导炎症和干扰肠道微生物群，整体损害肠道健康，并促进炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）和结直肠癌（CRC）等疾病的发生与进展。

慢性肠炎是炎症性肠病（IBD）核心病理环节，并与结直肠癌风险升高相关。动物研究表明，PAE能导致结肠炎症和氧化应激，产生类似结肠炎的病理改变并增加CRC易感性，提示 PAE 相关炎症可能通过组织破坏、免疫失衡及形成促癌微环境，加速肠道疾病进程。

此外，PAE 对肠道微生物群的干扰也是影响肠道疾病的重要因素。菌群组成和多样性改变（菌群失调）与 IBD、IBS、CRC 等密切相关。PAE 暴露可打乱菌群平衡，减少有益菌、增加有害菌，改变宿主—微生物互作、免疫稳态和代谢途径，从而共同促进肠道相关疾病的发生与恶化。

小结

邻苯二甲酸盐（PAE）广泛存在于消费品中，经摄入或吸收后代谢为具生物活性的产物，可显著改变肠道菌群组成与功能，降低多样性并引发菌群失调。

PAE 对肠道的危害不仅包括破坏屏障和诱导炎症，还在炎症性肠病、肠易激综合征和结直肠癌等疾病的发生与进展中发挥重要作用。通过纵向和机制研究加深对邻苯二甲酸盐–肠道微生物群关系的理解，将为降低PAE暴露相关健康风险提供依据，亦是维护肠道健康和应对环境暴露的关键。

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农药和肠道微生物群

伴随全球人口增长，对高产与优质农产品的需求推动农药使用急剧增加，以满足粮食供给并追求经济效益。然而，农药的不受控和不合理施用对农产品和整个生态系统构成潜在毒性威胁。由于农药在土壤中的高持久性及其在大气和水体中的残留，非靶标生物（尤其是动物和人类）通过摄入受污染的食物和水而面临更高的农药暴露风险。

大量研究表明，农药暴露与癌症、哮喘、激素紊乱和过敏等疾病相关；同时，多种农药的联合作用可诱发肠道菌群失调，改变微生物组成与功能以及宿主代谢表型。

▸ 肠道菌群失调可作为农药暴露的生物标志物

肠道微生物群的多样性对维持宿主正常生理功能至关重要。最新研究表明，农药暴露会显著影响肠道微生物群，菌群失调可作为评估农药毒性的潜在生物标志物。

▸ 农药导致肠道微生物代谢改变

精确评估特定农药引起的菌群失调及肠道毒性，有助于理解微生物群对污染物暴露的响应机制，并挖掘诊断相关疾病的生物标志物。例如，在二嗪农（一种广谱、高效的有机磷杀虫剂）暴露下，肠道微生物相关信号通路发生改变，导致代谢物谱重塑，并以性别依赖的方式触发神经毒性。这类由微生物产生的神经毒性代谢物可用作二嗪农相关肠道毒性的生物标志物。

各类农药对肠道微生物群的影响

DOI:10.1201/9781003489221-6

农药毒理学风险评估依赖明确且可靠的终点。需要筛选合适的生物标志物，限定其使用条件，界定诊断阈值和异常范围，建立作用机制，并明确其在何种场景下最具适用性。

注：欧洲食品安全局已指出，微生物多样性在环境污染物毒性和健康风险评估中具有重要意义，但仍需进一步界定方法学的局限性、研究空白、纳入/排除标准以及数据处理与解释的标准化要求。

▸ 农药相关毒性还受饮食、年龄、胃肠状况影响

肠道菌群对宿主健康的影响及其在农药相关毒性中的作用极为复杂，还受到饮食、年龄、遗传背景、胃肠动力、地理位置和抗生素使用等多重因素干扰。

要全面理解菌群毒性与宿主健康之间的关系，仍需大量系统研究。针对农药暴露对肠道菌群和宿主健康影响的文献中普遍存在方法学不足：多数研究缺乏体内、体外实验流程及分析手段的标准化与优化。标准化是确保实验可重复性和结果可比性的关键步骤；体外发现也应在体内模型中得到验证。

此外，农药毒理实验的设计必须能准确测定化学残留量及其生物学效应，从而构建可靠的剂量–反应关系，并最终界定慢性暴露水平及其健康风险。

小结

除已阐明的分子通路外，多种细胞过程也可能受到农药毒性的影响，肠道微生物组成与农药毒性之间的关联仍需在人群中深入验证。近期研究已提示子宫内农药污染及其跨代效应，多代暴露人群的肠道微生物组更易发生改变。在农业生态系统中，农民和一线工人因高水平残留及职业暴露而面临严重健康风险；同时，农药在食物链中的渗透污染也亟需持续监测。

因此，有必要系统评估农药污染引起的肠道菌群失调对公众健康的长期影响，并制定有效的干预与缓解策略。对新型和现用农药的风险评估应在透明、统一的框架下进行，系统研究其使用与对人群和环境影响之间的关系。同时，必须为相关实验所得数据的解读制定明确的标准和指南，以规范各类农药风险研究与监管实践。

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有机污染物和肠道微生物群

近年来，石化、塑料、合成纤维、焦化、印染、印刷等行业的快速发展，导致环境中高浓度有机污染物（OPs）广泛存在。

▸ 常见的有机污染物

有机污染物种类繁多，对环境和人类健康均构成潜在威胁。其来源广泛，包括农用化学品和药品、个人护理品、非法药物、工业污染物、阻燃剂、增塑剂、多环芳烃（PAHs）、卤代多环芳烃、二噁英及其他持久性有机污染物（POPs）残留等。它们通过多种人类活动进入环境，如污水处理厂排放、废弃物无序排放、前体物质降解、海滩塑料碎片累积、工业生产及热处理过程等。

常见的有机污染物类别及示例

DOI:10.1201/9781003489221-7

常见的有机污染物（OPs）包括以下物质：

农药：用于农业、家庭和公共卫生等场景的害虫防治，包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂和杀鼠剂。

溶剂：广泛用于清洗、脱脂及化学反应的有机溶剂，如苯、甲苯、二甲苯及三氯乙烯（TCE）等氯代溶剂。

药物：经人畜排泄或不当处置进入环境的药物化合物，包括抗生素、激素、止痛药及其他处方药。

多氯联苯（PCB）：一类曾广泛用于电气设备、液压油和工业过程的合成有机物，属于具有生物累积性的持久性有机污染物。

二噁英：在废物焚烧及含氯化学品生产等工业过程中产生的剧毒副产物，具有高度持久性和生物累积潜力。

▸ 有机污染物与肠道微生物群的互作

▸ 有机污染物引发菌群失调、炎症

研究表明，有机污染物（OP）可扰乱肠道微生物群的平衡和功能，引发菌群失调、炎症，并增加多种疾病风险。

常用除草剂草甘膦（GLP）是其中一例，农产品中常可检出。GLP 暴露会降低动物和人群中的肠道微生物群多样性。研究发现，接触 GLP 会减少双歧杆菌、乳杆菌等有益菌，同时增加梭菌等潜在有害菌。

此外，多氯联苯（PCB）和多溴联苯醚（PBDE）等工业化学品也被证明与肠道微生物群变化相关，PBDE 暴露可导致变形菌增加、拟杆菌减少，引发菌群失调和炎症。

生态失调会导致各种不良的健康结果

DOI:10.1201/9781003489221-7

▸ 有机污染物损害肠屏障、诱发肠炎

有机污染物（OP）还可能损害肠屏障完整性，屏障受损后，微生物产物和毒素更易进入血液，引起炎症，并促进炎症性肠病（IBD）和代谢综合征（MS）等疾病的发生与进展。

同时，OP 还能干扰宿主–微生物互作，打破有益菌与致病菌平衡。空气污染及烧烤、熏制食品中的多环芳烃（PAH）可改变肠道菌群对胆汁酸的代谢，引发失调和炎症。

有机磷杀虫剂与短链脂肪酸（SCFA）异常相关，而 SCFA 对肠道和免疫功能至关重要。长期 OP 暴露可致轻度慢性肠炎，促炎因子和免疫活性升高，进一步加剧菌群失调。研究还发现，多氯二苯并二恶英（PCDD）、多氯二苯并呋喃（PCDF）等工业污染物同样可诱发肠炎并改变特定菌群数量。

▸ 肠道微生物群能改变有机污染物毒性

另一方面，肠道微生物群也可通过多种酶促途径调节有机污染物的毒性。肠道微生物能够将有机磷转化为性质不同的代谢物，其毒性可能升高或降低。

研究显示，肠菌产生的酶可将多环芳烃分解为毒性较低或更易清除的形式。例如，部分梭菌属菌株可将致癌多环芳烃苯并[a]芘（BaP）转化为危害较小的羟基化代谢物；肠道微生物群来源的细胞色素 P450 单加氧酶可氧化多环芳烃，生成具有不同生物效应的代谢物。

对于以高毒性和持久性著称的多氯联苯 (PCB)，肠道微生物群能通过还原脱氯途径促进其代谢，即逐步去除分子上的氯原子。厌氧菌 Dehalococcoidesspp. 已被证实可催化 PCB 脱氯，将高度氯化同系物转化为毒性较低或近乎无毒的产物。类似的微生物过程会影响 PCB 在机体内的生物利用度和实际危害。

▸ 假单胞菌、芽孢杆菌等可减轻有机污染物毒性

肠道细菌还可通过水解与解毒过程分解有机污染物（OP）。假单胞菌（Pseudomonas）、芽孢杆菌（Bacillus）等可产生有机磷水解酶，切断 OP 分子中的磷酸酯键，促进其在胃肠道内的解毒和清除，从而减轻对宿主的毒性。

此外，三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）等常见于受污染地下水和土壤的氯代溶剂，也可被肠道微生物群通过还原脱氯及其他酶促反应代谢。Dehalococcoides spp. 含有还原性脱卤酶，可去除 TCE 和 PCE 中的氯原子，将其转化为毒性更低的乙烯和乙烷。此类微生物转化过程对环境中氯代溶剂的自然衰减至关重要。

▸ 有机污染物对肠道健康的影响

大量研究表明，不同有机污染物可干扰肠屏障，损害胃肠道健康。

▸ 削弱肠道屏障，上调炎症因子

双酚 A (BPA) 暴露可通过改变紧密连接蛋白的表达和分布削弱肠屏障，而紧密连接蛋白对维持上皮完整性至关重要。

多氯联苯 (PCB)暴露则可诱导氧化应激和肠壁炎症，破坏屏障功能。进一步证实，PCB 同系物混合暴露会提高小鼠肠通透性，并伴随上皮促炎细胞因子增加及 NF‑κB 通路激活。

多种广泛存在于工业和消费品中的化学物质也被证明会影响肠屏障功能。全氟辛烷磺酸（PFOS）暴露会提高小鼠肠通透性，并伴随紧密连接蛋白减少和炎症因子上调。邻苯二甲酸二（2‑乙基己基）酯（DEHP）暴露会增加大鼠肠通透性，与 occludin 和 ZO‑1 表达下降及肠黏膜活性氧升高相关。

▸ 有机污染物会诱发或加重胃肠道疾病

有机污染物（OP）可通过干扰多种胃肠生理过程诱发或加重胃肠道疾病，并参与炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）和结直肠癌（CRC）的发生发展。

其主要机制包括影响肠道屏障、免疫调节及炎症。双酚A(BPA)暴露会破坏肠屏障并诱导肠黏膜炎症；动物实验表明，多氯联苯(PCB)可增加肠通透性和免疫细胞浸润，从而加剧肠炎并可能触发 IBD。OP 还可通过影响肠蠕动、内脏高敏和免疫反应与 IBS 相关：草甘膦 (GLP)暴露会扰乱肠道微生物群并在动物中诱导内脏高敏；全氟化合物(PFC)则与肠蠕动改变和内脏疼痛有关，提示其可能参与IBS发病。

▸ 调节肠道微生物以解毒有机污染物

肠道微生物群参与药物、环境污染物和膳食成分的代谢与清除，在解毒过程中至关重要。其与外源物之间的复杂相互作用依赖多种微生物酶和代谢途径，对维持宿主健康具有关键意义。

已经提出了几种方法来调整肠道微生物群以增强其解毒能力，包括饮食改变以及益生菌和益生元的使用。

▸ 纤维、多酚和发酵食品的摄入增强肠道菌群的解毒作用

一种策略是通过饮食干预促进有利于解毒的有益肠道菌群。研究表明，膳食纤维、多酚和发酵食品有助于维持肠道微生物群平衡并增强解毒功能。

高纤维、低脂、以植物性食物为主的饮食可促使肠道微生物群朝有利方向改变，如增加产丁酸菌、减少潜在有害菌，并与炎症标志物下降和代谢健康改善相关，从而可能提升机体排毒能力。

富含多酚的食物同样可以调节肠道微生物群并提高解毒潜力。研究发现，补充富含多酚的葡萄提取物可显著增加双歧杆菌和乳杆菌等有益菌，并改善代谢指标和氧化应激标志物，提示解毒能力增强。

▸ 补充益生菌和益生元改善代谢解毒能力

益生菌是活微生物，足量摄入可带来健康益处，而益生元是不可消化的膳食纤维，专门促进肠道有益细菌的生长。研究显示，益生菌补充剂对异生素代谢和解毒有积极影响。

研究发现，给大鼠补充益生菌植物乳杆菌可通过增加粪便排泄帮助去除镉和铅等重金属。另外，添加益生元也能改变肠道微生物组成并增强解毒能力。例如，菊粉作为益生元纤维的添加使益生菌增多，潜在有害菌减少，进而改善代谢指标和炎症标志物，解毒能力提升。

益生菌的干预显示出积极作用

DOI:10.1201/9781003489221-7

▸ 粪菌移植促进解毒和改善健康

此外，粪便微生物群移植（FMT）是一种新兴方法，用于调整肠道微生物组并提高解毒能力。FMT 通过将健康供体的粪便转移到受者体内来恢复健康的微生物组成。研究探索了 FMT 在促进解毒和改善健康方面的潜力。

FMT 也能改变肠道微生物组成，并缓解炎症性肠病（IBD）患者的症状，显示其在疾病状态下促进解毒的前景。

▸ 微生物衍生的酶和代谢物作为潜在治疗剂

微生物衍生的酶和代谢物作为潜在治疗剂也展现了改善解毒的潜力。微生物产生的酶，如葡萄糖醛酸酶和硫酸酯酶，对分解结合代谢物和帮助清除体内异生物质至关重要。

研究表明，添加微生物葡萄糖醛酸酶能促进癌症患者的新陈代谢并增强化疗效果。此外，短链脂肪酸及次级胆汁酸等微生物代谢物可影响宿主的代谢和免疫功能，从而影响解毒过程。例如，短链脂肪酸显著调控肝脏内药物代谢酶的表达与功能，有助于改善解毒和药物清除。

小结

有机污染物（OP）和肠道微生物群之间的复杂关系突显了环境毒理学和人类健康的重要性。该领域的研究揭示了 OP 破坏肠道微生物群和影响宿主生理机能的不同方式。这些机制包括微生物组成的变化、肠道屏障功能的紊乱、炎症反应的触发以及解毒过程的调整。 OP 会加重肠道炎症，破坏代谢平衡，并通过影响肠道微生物群在慢性疾病的发展中发挥作用。

研究有机污染物和肠道微生物群是一个结合了环境毒理学、微生物学和人类健康的动态领域。通过了解背后的机制及其对健康和环境可持续性的影响，研究人员可以帮助创建新方法来降低有机污染物风险并保障公众健康。这一领域的进一步探索对于解决有机污染物带来的复杂问题并加深我们对其对人类健康和环境影响的理解至关重要。

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铅与肠道微生物群

重金属（HM）如汞、铅、镉在环境中广泛存在，并因其毒性而备受关注。铅（Pb）是一个非必需重金属，常见的环境污染物，对人类健康构成重大风险。

▸ 铅的存在情况及危害

研究表明，城市土壤中的铅浓度通常高于环境背景值，范围在100至1000毫克/千克。一项研究发现，经济地位较低和中等的国家儿童的平均血铅含量（0.84 µg/dl）更高，其中埃及为6 µg/dl、印度为5.46 µg/dl、中国为3.71 µg/dl。即使是极低水平（2 µg/dl）的铅暴露也对健康构成威胁，因此需进一步减少铅暴露。

▸ 铅会对神经、消化、免疫等产生危害

铅接触对社会影响深远，可能导致多种疾病，特别是对儿童的神经系统和认知发展造成严重危害。铅中毒可引发神经、血液、心脏、消化、免疫和肾脏等系统的问题。

学术研究表明，铅暴露显著提高死亡率。与其他重金属一样，铅的毒性与其对靶器官的影响密切相关。研究发现，铅可降低免疫反应、增加氧化应激和炎症，并导致金属稳态失调。此外，铅还可能干扰激素功能。尽管铅危害已知，但其中毒机制仍需进一步研究。

▸ 铅对肠道微生物群的改变

▸ 短期接触铅就会显著影响肠道菌群，代谢表达下降

短期接触铅可以直接影响肠道菌群。在一项初步研究中，口服铅两周的成年大鼠肠道微生物群中乳糖阴性大肠杆菌显著增加。

斑马鱼在暴露于30 µg/L铅7天后，其肠道微生物群发生显著变化，包括厚壁菌门和拟杆菌门显著增加，梭杆菌门和变形菌门减少，以及微生物丰度和种类的变化。

其他肝脏代谢组学研究发现与葡萄糖、脂质、氨基酸和核苷酸代谢相关的41种代谢物变化。通过饮水接触500 mg/kg铅14天后，糖酵解和脂质代谢相关基因（如Gk、Aco、Acc1、Fas、Apo和Dgat）的表达持续下降。

铅暴露对肠道微生物群的影响

DOI:10.1201/9781003489221-9

▸ 厚壁菌与拟杆菌比例上升

相较于急性铅暴露，长期铅接触较为少见，但会改变细菌的丰富度和多样性，可能导致肠道微生物群失调。

接触铅可能导致厚壁菌门与拟杆菌门的相对比例（F/B比）上升，厚壁菌门的优势显著增加，而拟杆菌门则相对减少。研究表明，高F/B比与肥胖和脂质代谢疾病密切相关。

▸ 铅接触减少了乳球菌、肠杆菌、阿克曼菌等

早期接触铅影响了六个分类群：乳球菌属、肠杆菌属和柄杆菌目(Caulobacterales)减少，而脱硫弧菌科、Barnesiella和梭状芽胞杆菌XIVb增加。脱硫弧菌将胆碱转化为三甲胺（TMA），后者在肝脏氧化为TMA N-氧化物（TMAO），与结肠癌和心血管疾病相关。

同年发现，在同一浓度和时间下，小鼠出现肾脏和肝脏结构与功能的改变以及认知能力下降，Lachnospiraceae_NK4A136_group显著增加，螺杆菌种群减少。

铅暴露后，微生物组的变化在前四周更为明显，研究人员推测那时肠道菌群处于铅敏感阶段。铅接触显著减少多种微生物，同时长期铅接触加重胃痛，降低瘤胃球菌科的比例，可能加重胃肠不适，且阿克曼氏菌显著下调，已与结肠炎相关。这些变化与肠道炎症和其他胃肠疾病密切相关，例如某些颤杆菌属(Oscillibacter)的戊酸可能与胃肠问题负相关，而某些毛梭菌(Lachnoclostridium)则促进次级胆汁酸的产生。

健康微生物群与受铅暴露影响的患病微生物群

DOI:10.1201/9781003489221-9

▸ 铅对肠道微生物群相关代谢的改变

▸ 维生素E和胆汁酸浓度失衡

研究人员采用多组学技术分析了暴露于10 ppm铅4周和13周的C57 BL/6小鼠的微生物组和代谢特征，结果显示铅暴露显著改变了微生物的代谢过程，包括能量代谢、氧化应激、维生素E及胆汁酸的变化以及防御/解毒机制。

共鉴定出1314种显著变化的分子特征，其中维生素E和胆汁酸浓度失衡。暴露于铅的小鼠胆固醇及其相关物质显著减少。

▸ 增加一氧化氮生成

在正常与异常胃肠道功能中，一氧化氮（NO）起到关键作用。铅暴露还可能引起编码铜亚硝酸还原酶的基因过度表达，从而增加肠道菌群中一氧化氮（NO）的生成。

核磁共振 (1NMR) 研究显示，饮用水中添加0.1 mg/L铅15周后，小鼠盲肠中15种代谢物水平显著变化，如4-胍基丁酸、胆碱和谷氨酸等增加，而β-半乳糖、苯丙氨酸等则减少。这些变化可能影响三羧酸循环、氨基酸代谢和宿主的能量代谢。

▸ 脂质代谢紊乱

有趣的是，铅处理后的小鼠肝脏显示出脂质代谢基因的剂量依赖性上调，包括参与新脂肪酸合成和转运的基因。暴露于铅八周的小鼠粪便中短链脂肪酸如丙酸、丁酸和醋酸盐的浓度显著降低，这可能与脂质代谢紊乱相关。

这些发现与早期研究一致，表明铅接触可能导致肠道微生物群及其代谢产物发生失调，从而影响宿主的代谢过程。

▸ 铅对肠道屏障的影响

铅暴露显著影响了肠道的结构和屏障功能。扫描电子显微镜显示，小肠表面绒毛不均匀，并出现大片退行性病变，有时缺乏肠上皮细胞微绒毛。

▸ 肠道屏障和通透性显著受损

铅几乎完全保留了与肠道屏障功能相关的ZO-1、Foxp3和Foxo4基因，而与炎症相关的基因（如Il1b、Tnf和Ifng）及抗炎基因（如Tgfb和Il-10）的表达显著下降。

在人类细胞模型中，进一步研究显示跨上皮电阻降低。口服高剂量（1 g/L）铅八周后，小鼠的肠道屏障和通透性显著受损，紧密连接（TJ）相关mRNA（ZO-1、claudin-1和occludin）表达下调，瘤胃球菌增多，Turicibacter减少。

▸ 紧密连接受损，微绒毛收缩

研究还发现，铅暴露使小鼠结肠和小肠中ZO-1、ZO-2、claudin-1和occludin基因表达显著降低。在铅处理后，小鼠的紧密连接mRNA表达进一步下调，尽管其肠道菌群已受损。

此外，长期接触铅对日本鹌鹑盲肠的组织学产生重大影响，导致粘膜脱落、利伯库恩腺损伤和淋巴细胞扩张。透射电子显微镜分析显示超微结构缺陷，包括细胞核固缩、线粒体空泡化和微绒毛收缩。盲肠形状的改变与IFN-γ和IL-2表达水平降低，以及TNF-α、NF-κB和IL-6水平升高相关，并且与粪杆菌和双歧杆菌的减少，以及拟杆菌的增加有关。

▸ 益生菌作为铅对抗治疗策略

铅是重要的有毒金属污染物之一，因此关于使用益生菌作为治疗干预以减少铅中毒的研究不断增多。

▸ 屎肠球菌Pb12能够吸收铅，减少生物体内的积累

研究首先测试了两种屎肠球菌株（Enterococcus faecium）EF031和M74在去除水中铅的能力。据初步研究，粪肠球菌能够有效捕获铅。屎肠球菌 Pb12 的变种是去除环境中铅 (Pb) 的有效菌株。这些细菌能够从鱼类胃肠系统中吸收铅，从而减少组织和器官中铅的生物累积。

▸ 罗伊氏乳杆菌也具有铅去除能力

研究发现，罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）P16表现出强大的胆汁和酸抵抗力，以及>15%的铅去除率。喂食P16（108 CFU/g）六周，结果显示可改善生长性能，减少组织铅积累，减轻氧化应激等影响。

从发酵食品中分离出的耐铅菌株肠膜状明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）显著降低肝酶水平并恢复部分雄性生殖功能。给暴露于铅的小鼠喂食特定肠道微生物群，结果显示铅去除和紧密连接蛋白表达增加。

▸植物乳杆菌螯合铅并减少损伤

植物乳杆菌CCFM8661能螯合铅并保护小鼠免受氧化应激。该菌在后续研究中显著降低鱼类的血红细胞核异常，提高铅引起的免疫状态。

综上所述，益生菌可能预防铅中毒，并通过改变肠肝循环、增加胆汁流量及谷胱甘肽的产生，促进胆汁和粪便中铅的排泄。使用FXR激动剂时，这种效果显著减弱。膳食补充剂中的益生菌及其他成分也可能提高抗铅效果，并帮助恢复铅暴露小鼠的记忆和学习能力。

小结与未来展望

近期研究显示，胃肠道中的铅对肠道有直接或间接影响。铅中毒损害肠上皮、紧密连接、免疫功能并引发炎症，导致大分子渗透增加。此外，铅暴露可能导致肠道微生物群失调，破坏肠道屏障，影响微生物多样性和代谢物，导致内毒素血症。

一些研究显示益生菌可能有效解毒和治疗铅中毒，但大多数研究关注铅对微生物种群的整体影响，而非特定菌株。因此，需要更深入的宏基因组和代谢组研究，以了解重要细菌对肠道和其他器官的影响。铅对消化道和其他器官的毒性尚不明确，特别是其对脂多糖和其他微生物副产物的影响，还需探讨益生菌减少铅暴露的机制。

06

汞与肠道微生物群

▸ 汞污染及其各种来源

汞是全球普遍存在的污染物，存在多种形式，包括元素汞（Hg）和无机汞（Hg+和Hg2+）。

▸ 食物中的汞污染

食品中的汞污染是一个严重问题，尤其是在工业活动造成环境污染的地区。许多人喜欢食用鱼，而鱼类可能通过生物累积过程储存汞。

此外，作为全球许多人主食的大米，可能是在汞污染的土壤中种植，从而导致汞在谷物中积累。

▸ 药物、环境中的汞污染

含汞药物也增加了汞暴露的风险，尽管低于食品中的汞。过去，牙科汞合金、抗菌霜及其他药物中均含有汞。尽管由于其毒性，药品中使用的汞量有所减少，但它在某些补充和替代医疗中仍然是重要的接触源。

此外，空气中汞沉积在土壤中，一些细菌将其转化为甲基汞，植物吸收后使汞进入食物链，这使得汞更容易从土壤迁移到植物，并最终传递到更高级别的动物中。

▸ 汞的毒性及危害

汞是已知的环境毒素之一，对人类健康产生复杂的负面影响，尤其是对肝脏、肾脏和中枢神经系统。它的毒性源于双重作用，表现为氧化应激增加和对特定器官系统的集中攻击。

汞对肠道屏障、微生物紊乱等的影响

▸ 氧化损伤：汞损害身体的主要方式

汞对身体有害的主要方式之一是引起氧化应激。当元素汞和无机汞相互作用时，会产生活性氧（ROS），如超氧自由基和过氧化氢。当这些活性氧水平过高时，将压垮人体的抗氧化防御系统，导致脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤。

汞造成的氧化损伤广泛影响细胞结构，导致膜不稳定和细胞功能障碍。蛋白质的氧化改变了多种生理过程，而氧化应激诱导的DNA损伤则可能引起突变。

▸ 器官特异性毒性：汞的不同目标

汞对某些器官也有独特的影响。汞中毒影响的主要器官是肝脏、肾脏和中枢神经系统。

肝脏作为解毒中心，汞在进入循环系统后通常积聚于此。肝脏尝试清除汞，导致氧化应激增加，长期接触可能损害肝功能并增加肝毒性风险。

肾脏在过滤血液中的汞时，可能会受到损害。无机汞在肾脏组织中的积累会导致肾毒性，干扰其过滤和重吸收功能，进而损害肾功能。

汞的神经毒性特别影响中枢神经系统，因其能穿过血脑屏障。甲基汞的神经毒性尤为明显，影响整体神经健康、运动能力和认知功能。与汞接触相关的神经系统症状部分源于神经递质途径的破坏及炎症激活。

▸ 肠道微生物群影响汞的作用

▸ 微生物基因簇影响汞转化

某些基因簇（如hgcAB和mer操纵子）决定了肠道微生物群在汞转化中的作用。hgcAB基因簇促进无机汞（IHg）转化为甲基汞（MeHg），而mer操纵子（包括merA和merB基因）则将MeHg去甲基化还原回IHg。

肠道中汞生物转化的复杂过程

这些基因簇作为微生物工具，使肠道微生物能够参与汞的复杂变化，其丰度因接触汞而增加，显示出微生物群落的适应性和在肠道汞循环中的重要性。

▸ 影响汞的毒性和生物利用度

肠道微生物群在汞代谢中不仅限于甲基化和去甲基化，还积极改变汞的化学形态，影响生物体的命运。与汞暴露相关的毒理学后果受到微生物群调节汞形态能力的影响。同时，新的研究揭示了汞引起的肠道功能障碍与肠道菌群之间的复杂相互作用，为健康后果提供了新见解。

汞与肠道微生物群的最新研究

▸ 肠道菌群有助于减少汞的吸收和解毒

最新研究发现，肠道细菌在汞的解毒与生物转化中发挥关键作用，可能影响体内的汞形态和生物蓄积。有研究指出可利用人胃中的细菌减少对有害金属如汞的吸收，但两者之间的关系仍需进一步探讨。

益生菌可表达一种酶，将易吸收的汞形式转化为难以吸收的形式，为减少人类接触汞提供了可能的策略，尤其对于弱势群体。此外，研究中还显示，改变肠道微生物群（如通过抗生素或粪便微生物群移植）可以减轻汞暴露引起的肝脏损伤，并展示了汞暴露如何影响肠道微生物的多样性和构成，导致肝脏铁死亡（一种受控细胞死亡过程）。

▸ 汞的接触改变了肠道微生物群的组成

此外，汞暴露显著影响肠道菌群。一项研究显示，湿地植被的存在促进了汞的甲基化，而无植被沉积物中甲基汞的生成与微生物组变化有关。研究还表明，肠道微生物群的去甲基化能力可能受到汞暴露水平和来源的影响，且某些细菌如脱硫弧菌和产甲烷菌可能对肠道甲基汞去甲基化有所贡献。

重金属如汞的接触改变了肠道微生物群的组成，病原菌如气单胞菌（Aeromonas）数量显著增加。这表明健康、肠道微生物群以及重金属暴露之间可能存在密切联系。

坦桑尼亚的一项研究探讨了补充益生菌的酸奶是否能降低幼儿和孕妇的重金属，尤其是汞的含量，结果表明，益生菌酸奶能够防止汞含量上升，从而证明其减少重金属暴露负面影响的潜力。

这些发现强调了肠道微生物群与重金属（如汞）之间复杂而相互的关系，以及益生菌和其他疗法可能减轻重金属暴露负面后果的前景。

07

镉与肠道微生物群

镉是一种有毒重金属，来源于自然和人为因素，其渗透到环境中对人类健康构成潜在威胁。

▸ 镉的来源和健康危害

作为一种广泛存在的环境污染物，这种重金属普遍存在于沉积物、溪流水和土壤中。中国同样面临镉暴露问题，在大米中检测到较高的镉含量。

▸ 镉会导致糖尿病、心血管疾病、慢性肾病等

镉与多种严重健康问题相关，包括癌症、糖尿病、心血管疾病、慢性肾病、骨质疏松、肝病和不良的神经发育结果。

研究估计，高浓度镉暴露可导致死亡率增加17%，突显了解决这一环境挑战的紧迫性。历史上，对镉影响健康的研究主要关注与接触相关的有害结果，包括金属动态失衡、氧化应激、炎症、内质网应激和基因组不稳定等问题。

镉毒性的影响

▸ 导致锌、铜等微量元素的失衡

在细胞水平上，镉破坏金属稳态，导致锌和铜等必需微量元素的失衡，主要通过与这些金属竞争结合运输蛋白而实现。这种不平衡损害细胞功能，并引发各种健康问题。

▸ 损害脂质、蛋白质和DNA等细胞成分

从分子层面来看，镉诱发氧化应激，表现为活性氧（ROS）产生与机体对其的清除能力之间的不平衡。镉刺激超氧自由基和过氧化氢等的生成，损害脂质、蛋白质和DNA等细胞成分，导致细胞功能障碍，并激活与炎症和细胞凋亡相关的信号通路。此外，镉还会引发内质网应激，破坏其蛋白质折叠能力。

▸ 增加遗传突变风险，干扰正常内分泌

镉还与基因组不稳定性相关，影响细胞遗传物质的完整性，增加DNA损伤和突变的风险，从而可能导致癌症的发生。此外，镉还充当内分泌干扰物，模仿激素作用并扰乱正常内分泌功能，尤其在生殖和发育过程中影响显著。

总的来说，镉毒性对细胞和分子的影响表现为金属稳态破坏、氧化应激、内质网应激、基因组不稳定性和内分泌干扰。这些复杂机制共同导致与镉暴露相关的各种不良健康结果，反映出其多方面的毒理学影响。

▸ 镉与肠道微生物群的互作

镉的毒性不仅源于直接的细胞相互作用，还涉及肠道微生物群的复杂生态系统。镉一旦摄入，便穿过胃肠道，首先与粘膜内层的多种微生物群接触，可能与产生粘蛋白的杯状细胞相互作用。这些相互作用可能损害肠道屏障的完整性，促进镉向肠道深层的转移。

▸ 镉会诱导氧化应激扰乱肠道微生物平衡

镉诱导的氧化应激能扰乱肠道微生物群的平衡，促进某些细菌生长并抑制其他细菌繁殖。它还倾向于与酶和关键蛋白质的巯基结合，这种结合影响微生物的结构与功能，从而可能中断重要的代谢途径和营养循环。

▸ 镉还会通过肠道微生物群影响免疫功能

镉的影响还延伸至肠道微生物组的免疫调节功能，微生物群与免疫系统的相互作用对维持对病原体的有效反应至关重要。镉引起的微生物组成变化可能触发免疫反应，导致炎症加剧肠道疾病。因此，深入理解镉与肠道微生物组成的复杂相互作用非常重要。

▸ 镉暴露导致乳杆菌、梭状芽胞杆菌等减少

对不同年龄实验动物的研究发现，短期和长期镉暴露都会显著影响肠道微生物组的生理。暴露于镉42天的成年大鼠消化道中的需氧和厌氧乳酸菌均显著减少。镉在属和科水平上引起了肠道微生物群的特殊变化，例如，在饮用水中接触镉45天的小鼠中，

蜡样芽孢杆菌、乳杆菌、梭状芽胞杆菌和大肠杆菌数量显著减少，并呈剂量依赖性。而八周镉暴露则以剂量依赖的方式增加小鼠盲肠中放线菌的相对丰度，但对拟杆菌门和厚壁菌门的影响未达到统计显著性。

在盲肠菌群的科水平上，Coriobacteriaceae和Lactobacillaceae的相对数量以剂量依赖性方式增加，而Lachnospiraceae的百分比下降。尽管在镉暴露的小鼠中，粪便微生物的变化不那么明显，但Odoribacter和Alistipes属的相对丰度显著增加。

注：镉引起的微生物群变化在初期四周更为明显。由于无菌动物不易表现出促炎反应，观察到的NF-kB激活和促炎细胞因子的产生至少部分依赖于镉诱导的肠道微生物群改变。

▸ 镉还影响短链脂肪酸和细菌蛋白的表达

从三周开始，增加剂量的镉显著减少了肠道细菌数量及厚壁菌门与拟杆菌门的比例。乳杆菌的显著降低仅在三周后出现，而双歧杆菌的数量在一周后便开始下降。同时，TNF-α合成增加，伴随与短链脂肪酸（SCFA）相关的基因变化。

研究还表明，镉暴露降低了粪便中的短链脂肪酸含量。除了影响肠道生物多样性，短期镉治疗也对肠道微生物组功能产生影响。研究显示，接触镉后15分钟内，细菌蛋白质组发生显著变化，表明对镉暴露的反应可能与肠道微生物群中蛋白质表达的独特变化有关。

早期体外研究也表明，镉影响整体基因表达，尤其是在能量代谢、转运、细胞周期和结合蛋白基因的表达上，镉暴露后0、5、15和25分钟，相关基因的表达均有所上升，可能涉及脂多糖的生产或运输。

长期低剂量镉(Cd)暴露的影响

这些发现说明，镉几乎立即影响肠道微生物群。婴儿期低剂量镉暴露也显著改变肠道微生物群的数量和种类。在八周龄接触镉的雄性小鼠中，拟杆菌数量显著增加，而厚壁菌相应减少，双歧杆菌和普雷沃菌的数量下降幅度最大。

此外，接触镉的动物体内的粘液鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）数量明显增加，并与较高的肥胖程度相关。另一项研究显示，暴露于镉的五周大雄性小鼠的盲肠厚壁菌门显著降低，而拟杆菌门和g-变形菌门未显著下降。这些变化可能与肝脏能量平衡基因的改变有关，进而影响脂肪酸的生产和运输。

总体上，由于拟杆菌门丰度的增加及厚壁菌门数量的减少，多项研究表明这二者的比率显著上升。有关镉暴露对特定细菌群体影响的不一致性可能与不同的暴露方案（剂量、持续时间、种类）有关。

▸ 镉与肠道通透性和炎症

▸ 镉破坏肠道屏障，提高肠道通透性

研究表明，镉暴露显著降低肠上皮细胞活力，并损害紧密连接，影响细胞旁通透性。后续研究发现，HT-29细胞单层中紧密连接蛋白分布不均，镉暴露小鼠的结肠和空肠中ZO-1、ZO-2、occludin和claudin-1的mRNA表达显著减少。这些变化与肠道通透性提高相关，导致血液中LPS水平升高。

在Caco-2细胞培养中，镉显著破坏紧密连接，造成细胞间连接损伤，并上调与氧化应激、热休克蛋白和胱天蛋白酶3相关的基因。这验证了Caco-2细胞旁通透性显著增加的研究，伴随HSP70水平升高和坏死病变的存在。此外，镉暴露还导致小鼠血清脂多糖结合蛋白水平升高，且呈剂量依赖性。

▸ 提高炎症细胞因子水平，促使肠道炎症

长期接触镉改变肠道组织学，显示绒毛增厚变短，且伴有融合和坏死区域。肠道乳酸菌数量减少，TNF-α、IFN-γ、IL-1β和IL-17水平升高，导致肠道形态改变。肠系膜淋巴结呈现镉诱导的变化，包括细胞增殖和结构变化。

Caco-2细胞模型表明，镉通过I-kBa降解诱导NF-kB激活，促使肠道炎症反应。镉和脂多糖的联合暴露显著增强了肝损伤，相较于单独暴露，氧化、亚硝化应激和炎症反应加剧。共同暴露也影响一氧化氮的生成，并且镉会替代必需金属（Cu、Zn）。

▸ 高镉暴露还会导致内毒素血症

值得注意的是，高镉暴露与代谢综合征的频率显著相关。研究表明，镉可阻碍细胞中的脂多糖信号传导，抑制巨噬细胞中NF-kB通路，降低对感染因子的抵抗力。

镉诱导的氧化应激可能导致小鼠巨噬细胞反应性失调。在患有结肠炎的小鼠中，镉的接触显示促炎细胞因子表达的剂量依赖性减少。迄今的研究表明，镉可能通过增加肠道通透性来诱发内毒素血症，并提高脂多糖水平。然而，脂多糖与镉之间的关系可能表现出拮抗和协同作用，具体取决于剂量和作用机制。

▸ 益生菌作为镉暴露的治疗策略

大量研究表明，益生菌在镉中毒中发挥显著保护作用，可以缓解肠道菌群失调。

▸ 植物乳杆菌和菊粉等有助于减轻镉引起的损伤

含有凝结芽孢杆菌、植物乳杆菌和菊粉的膳食已被证实能减轻镉引起的肝脏和肾脏损伤。具体而言，富含益生菌的饮食显著减少了镉在肝脏和肾脏中的积累，并降低了血液中ALT、AST、肌酐和尿素的水平。

此外，接受益生菌治疗的镉暴露大鼠中，乳酸菌丰度增加，与观察到的健康改善一致。在暴露于镉的HT-29结肠细胞中，植物乳杆菌显著减弱了镉诱导的炎症反应，减少了TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8的产生。

植物乳杆菌治疗还减少了镉暴露大鼠的内毒素血症、肠道通透性和紧密连接异常，并增强了肾脏和肝脏的抗氧化反应，降低了镉造成的损伤。这些结果促使研究人员认为，与抗氧化疗法相比，益生菌可能是治疗镉中毒的更有效方法。

▸ 益生菌降低了镉的毒性并恢复肠道微生态

值得注意的是，尽管腹腔注射植物乳杆菌对接触镉的动物未能减少器官中镉的积累，但却增强了抗氧化活性并保护组织。含有鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌和长双歧杆菌的益生菌可有效逆转镉诱导的乳酸杆菌和双歧杆菌数量减少，从而显著降低镉的遗传毒性，并减少肝细胞DNA损伤。

此外，益生菌通过与结肠中的金属离子结合，降低其生物可及性，从而对汞暴露产生预防作用，研究发现血液金属浓度下降、粪便中镉水平和乳杆菌含量增加之间存在显著相关性。

在体外模型中，Cd(NO3)2与开菲尔乳杆菌的预孵育显著降低了其对HepG2细胞的毒性。研究表明，益生菌在预防镉中毒方面主要针对镉引起的紧密连接破坏和肠道炎症，此外，添加锌补充剂可能增强益生菌的保护作用。

08

砷与肠道微生物群

砷是全球最危险的环境污染物之一，广泛存在于自然环境中，主要来源于地表侵蚀。它与食物、饮水以及空气中土壤和颗粒密切相关，人类活动（尤其是砷采矿和工业使用）进一步加剧了这种污染。

砷化合物对大多数生物构成威胁，长期接触低水平砷也与多种疾病相关。国际癌症研究机构（IARC）已将砷及其无机化合物列为一级致癌物，与皮肤癌、肺癌和膀胱癌密切相关，并且暴露于砷与代谢紊乱、皮肤损伤、糖尿病、心血管疾病等非癌性疾病也有关。

砷存在于多个化学形式中，分别具有不同的毒性和生物可及性，其中As(III)和As(V)是饮用水中最常见的二价和五价形式。

▸ 肠道微生物群对砷的作用

肠道微生物可代谢砷，从而改变其在宿主中的毒性。相反，如果砷导致特定微生物的死亡，则可能削弱它们的保护作用。细菌砷加工的研究主要集中于研究微生物对砷有害影响的“抵抗力”，例如其导致细胞死亡的能力。

▸ 部分肠道细菌具有抗性基因或能编码代谢砷的酶

Ars操纵子是抗性基因簇，最初在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的质粒中发现，后来在多种医学相关病原体中得到验证，如耶尔森氏菌、单核细胞增生李斯特菌和空肠弯曲菌。Ars操纵子还在人类肠道共生体中被鉴定，如枯草芽孢杆菌和普通拟杆菌。

细菌编码的酶能够通过氧化、还原、甲基化和去甲基化过程改变无机和有机砷，这些过程与特定底物相关联。细菌代谢物可能对胃肠道中砷化合物的转化有显著影响。

砷与肠道微生物群间的相互作用

▸ 肠道微生物群能够改变砷暴露水平

最近的研究表明，大鼠盲肠中的大肠杆菌能够代谢二甲基亚砷酸盐（DMAsV），生成三甲基亚砷酸盐（TMAVO）和一种未确定的砷化合物。研究者还考察了微生物组成员在实验室中的砷吸收。小鼠的微生物组在酶促还原和甲基化无机砷（iAs）的能力方面表现出强大效果。

两项独立研究显示，在模拟人类肠道环境中，微生物群可减少无机砷（iAsV）的浓度并进行甲基化，生成毒性较低的砷化合物。即便在高压灭菌实验对照中，iAsV也仍能转化为iAsIII，这表明非酶机制可能参与此转化。

研究发现，给小鼠服用抗生素会显著减少其粪便中砷的排泄，同时增加其肝脏和肺组织中的砷积累。研究人员推测，抗生素暴露降低了肠道微生物的生物量，从而影响了砷的排泄。其他实验表明，无机砷（iAs）会被吸附到革兰氏阳性细菌的胞外聚合物上，而革兰氏阴性细菌则不然，这可能说明微生物对砷的积累是通过该过程实现的。

▸ 肠道微生物群可降低砷毒性

微生物组的“表型”与宿主内甲基化砷与无机砷比例的变化相关。然而，鲜有研究明确证实微生物组的修饰、变化或缺失与宿主健康之间的直接联系。研究人员使用已人源化且无菌的AS3MT-KO小鼠进行实验，旨在评估微生物组的异质性如何影响疾病结果，特别是死亡率。

研究发现，只有少数细菌始终表现出积极作用（即延长存活时间），这些细菌为人类肠道中一些常见物种。例如，经黏液真杆菌属(Blautia)的两个成员，以及来自毛螺菌科、瘤胃球菌属和粪杆菌科的细菌，与不同供体的生存有强相关性。

▸ 宿主基因决定肠道微生物表型对砷代谢的影响

大量证据表明，个体对砷暴露引发疾病的易感性差异显著，这通常与体内对砷的处理方式不同有关。在此环境中，肠道微生物群对砷代谢及多脏器的全身反应起着直接作用，表明微生物群特征可能影响砷化合物的代谢范围。

然而，宿主遗传学与肠道微生物组如何结合影响砷的生物转化机制尚不明确。我们采用综合方法，将16S rRNA基因测序与HPLC-ICP-MS砷形态分析结合，发现IL-10基因的缺失会显著改变肠道微生物组的组成，从而对砷代谢产生重要影响。

然而，证据表明，保留微生物组的小鼠组比无菌或接受抗生素治疗的小鼠组在砷引起的死亡时间上显著延长。因此，微生物组具有保护宿主免受砷毒影响的潜力。这些发现可能为开发砷中毒的创新治疗和预防方法提供基础。

▸ 砷对肠道微生物群的影响

研究发现砷能够改变肠道微生物群的组成，但其对微生物组功能的影响，尤其是在环境相关剂量下，尚未充分评估。使用16S rRNA测序和宏基因组测序，检查了在100 ppb砷处理下小鼠肠道微生物组的组成和功能。

▸ 影响碳水化合物代谢和维生素合成

结果显示，砷暴露不仅改变了微生物群的组成特征，还导致了α和β多样性的变化。宏基因组分析表明，碳水化合物代谢相关基因的表达显著变化，特别是在丙酮酸发酵、脂肪酸合成和淀粉利用方面。

此外，砷暴露小鼠的肠道微生物群中，脂多糖合成和压力响应基因的表达显著增加，与维生素（如叶酸、维生素B12、B6和K2）合成相关的基因含量也更高。同时，砷治疗后，与药物耐药性和接合转座子蛋白相关的基因表达显著上升。

▸ 破坏胆汁酸的代谢平衡

让 C57BL/6 小鼠的饮用水中砷浓度达到百万分之一 (ppm)，目的是检查砷暴露对胆汁酸平衡的影响。研究结果表明，砷暴露导致初级胆汁酸（特别是那些未结合的胆汁酸）发生明显变化，并持续降低血清和肝脏中的次级胆汁酸。

拟杆菌门与厚壁菌门的比例与血流中胆汁酸的浓度相关。目前的研究提供的证据表明，砷暴露引起的肠道微生物群失衡可能会导致受砷影响的胆汁酸调节的破坏。

最终结果显示，即使在适宜的环境砷水平下，仍会破坏肠道微生物组的整体结构并显著改变一些关键的细菌功能途径。接触100 ppb砷会扰乱小鼠肠道微生物组的典型组成和功能，这对环境具有重要意义。能量代谢基因的表达发生了变化，与脂多糖生成、氧化应激和DNA修复相关的基因广泛上调。

此外，砷暴露还导致与接合转座子蛋白、外排多药元件及维生素合成相关的基因表达增加。这些发现为理解砷对肠道微生物组影响提供了新的见解，尤其是在环境相关的剂量下。

09

结语和未来展望

环境毒物无处不在， 如果积累到上限，不仅直接挑战人体的解毒器官，更在悄无声息中重塑着我们体内的“隐形生态”——肠道菌群。科学研究已经证实，环境污染物与肠道微生物之间存在着复杂的双向互作：过量的毒物可以破坏菌群平衡，诱发代谢与免疫紊乱；而健康的肠道菌群和肠道屏障则是人体抵御外源毒素的第一道防线，甚至能协助降解部分有害物质。

面对这一挑战，我们既无需过度恐慌，也不能掉以轻心。未来的健康管理将不再局限于对疾病的被动治疗，而是转向对环境暴露风险的主动评估。

这需要我们在三个维度上通过跨学科的协同努力实现突破：

首先是强化内在防线，通过回归自然饮食，利用富含膳食纤维和植物化学物的全谷物、蔬果来“喂养”体内的有益菌等自然疗法，激发菌群自身的解毒潜能；其次是落实精准医疗，结合基因组与代谢组数据，为不同体质的人群定制个体化的健康管理方案；最后是筑牢社会屏障，推动更严格的环境卫生政策，重点保护儿童及弱势群体。

本文仅供科研交流。

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硒的生理功能、缺乏危害，与肠道微生物群的互作及补充策略

谷禾健康

硒（Selenium）是一种人体必需的微量元素，参与多种生理过程，是多种活性酶和蛋白质的重要组成部分。它在抗氧化防御、免疫调节、甲状腺激素代谢、心血管保护以及神经系统功能甚至生殖能力维护中发挥着关键作用。

适量的硒对于维持人体健康至关重要，而其缺乏或过量都会对机体造成负面影响。硒缺乏被证实与多种疾病密切相关，如克山病、卡斯钦-贝克病、甲状腺功能障碍、免疫力下降和某些癌症。缺硒会削弱机体的抗氧化能力，导致活性氧的过量生成，从而引起细胞损伤与慢性炎症反应，最终增加多种代谢及心血管疾病的风险；而过量摄入则可能引起硒中毒。

近年来，越来越多的研究发现，硒与肠道微生物群之间存在密切的双向调节关系。约四分之一的肠道细菌含有编码硒蛋白的基因，如梭菌和肠杆菌。同时硒作为多种细菌酶的重要辅因子，影响其代谢功能；硒还对病原菌（如大肠杆菌）具有特定的抗菌活性，同时提高具有潜在保护作用的有益菌水平。

肠道菌群能够代谢多种无机和有机硒，过量细菌摄取硒可能导致宿主硒蛋白缺乏，部分细菌还会通过硒来改变致病性。并且硒与肠道微生物群的作用在炎症性肠病（IBD）、癌症、甲状腺功能障碍、糖尿病、心血管疾病和神经发生性疾病等疾病中存在重要影响。

在此背景下，科学合理的硒补充显得尤为重要。日常生活中，主要的硒来源包括富硒粮食、巴西坚果、海产品、动物内脏、蛋类及蘑菇等天然食物；此外，还可以通过富硒酵母、有机硒补充剂、硒强化食品等途径进行补充。然而，硒的安全剂量范围较窄，长期过量摄入可能导致中毒反应，因此补硒应遵循个体化、适量与安全的原则。

本文将系统探讨硒的生理功能、缺乏及过量危害、其与肠道微生物群的相互调节机制以及其与肠道菌群协作在疾病改善中的潜在作用，并总结安全有效的补硒策略，旨在为理解硒的健康作用机制及临床应用提供全面的参考。

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硒在人体的生理作用

硒（Selenium）作为一种人体必需的微量元素，扮演着至关重要的角色，其生理作用涵盖多个方面。它不仅是多种生物活性酶和蛋白质的组成部分，如谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白，还在抗氧化、免疫防御、甲状腺功能调节、心血管保护以及糖代谢调节等方面发挥着重要作用。硒主要以体内的硒蛋白形式发挥其生物功能，以下是硒在人体内的主要生理功能：

硒及其作用机制的促进健康效应

1
抗氧化功能

证据较充分

研究表明，近一半的硒蛋白具有抗氧化功能，包括谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、碘甲状腺原氨酸脱碘酶 (DIOs)、硒蛋白P、硒蛋白M、硒蛋白H、硒蛋白O和硒蛋白V。

▸ 硒可将过氧化物转化为无毒性的氧化状态

硒通过直接、间接和联合作用三种机制发挥抗氧化作用。作为GPX的重要组成部分，硒通过催化谷胱甘肽（GSH）还原为氧化形态（GSSG），将有毒过氧化物转化为无毒的羟基化合物，从而将H2O2分解为H2O，保护细胞和组织免受过氧化物损伤。

硒蛋白还与细胞膜表面的肝素结合，有效抵抗过氧化物如过氧化亚硝酸盐。在间接作用中，硒蛋白促进其他抗氧化酶如GPX和TrxR的表达与活性，这对保护细胞（如线粒体、微粒体和溶酶体）尤为重要。

过氧化物酶在人体内过氧化氢去除中的作用

▸ 硒还与维生素E有协同作用

此外，硒与抗氧化剂维生素E具有协同作用。维生素E通过防止不饱和脂肪酸氧化成过氧化氢来发挥抗氧化作用，而外源性抗氧化剂则是抵御自由基损害的第二道防线。

近年来，研究人员通过体内富集和体外修饰获得了多种硒化合物，包括硒富集酵母、硒多糖、硒纳米颗粒和外源硒蛋白，这些化合物均显示出显著的抗氧化活性。

2
免疫调节功能

证据较充分

硒在淋巴结、肝脏和脾脏等富含免疫细胞的组织中极为丰富。研究表明，硒广泛存在于所有免疫细胞中，并在保护胸腺、维持淋巴细胞活性和促进抗体形成中发挥重要作用。硒同时参与先天免疫和适应性免疫，对多种免疫细胞具有调节作用。

▸ 硒可以影响免疫细胞的活性和分化

硒可以调控NK细胞、巨噬细胞、树突状细胞、粒细胞、肥大细胞和小胶质细胞的先天免疫活性。它还影响T细胞的增殖和分化，并通过调节Tfh细胞和5-脂氧化酶活性来影响B细胞的分化和存活能力。

硒在免疫系统中的作用

总之，硒缺乏会影响免疫系统的各个方面，而硒补充可以增强细胞免疫、体液免疫和非特异性免疫功能。这可能是通过提升含硒的GPX活性，减少免疫细胞中过氧化脂的积累，从而增强免疫细胞功能实现的。

3
甲状腺功能的维持

证据较充分

甲状腺是人体最大的内分泌腺，分泌甲状腺激素（TH），影响几乎所有细胞，调节生长、发育和新陈代谢。主要激素为三碘甲状腺原氨酸（T3）和甲状腺素（T4）。

▸ 硒调节甲状腺激素的平衡

硒能够帮助将甲状腺素T4转化为其更活跃的形式T3。硒还通过影响甲状腺去碘酶的活动，调节甲状腺激素的平衡，对代谢和生长具有重要意义。

4
大脑、神经保护

证据一般

大脑的代谢高度依赖硒水平，人脑中的硒含量约为90–110 ng/mg湿重，低于肝脏。然而，在硒耗尽的情况下，大脑中的硒水平仍能保持。这表明硒对大脑功能的重要性。肝脏合成硒蛋白P、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）和血清蛋白W是大脑中表达最丰的三种蛋白，暗示它们在大脑功能中可能扮演关键角色。

▸ 硒水平影响阿尔兹海默病和帕金森病

硒缺乏可能导致神经系统和运动障碍。阿尔茨海默病（AD）患者的血浆硒水平和红细胞GPX活性显著降低。因此，外源性硒补充被发现能够减轻神经退行性疾病并逆转AD模型中的记忆缺陷。

帕金森病（PD）作为一种与运动控制失调相关的神经退行性疾病，也与硒水平有关，硒能减少大鼠PD模型中的运动缓动。此外，癫痫患者的血清硒水平通常低于健康人群。

硒对大脑功能的影响机制

5
糖代谢调节

证据较充分

研究表明，硒通过多种途径影响2型糖尿病（T2DM）。在一项为期7.7年的随机双盲对照试验中，每日口服200微克硒的人群其T2DM发病率高于安慰剂组。另一项剂量反应荟萃分析显示，硒暴露增加了T2DM风险，因其补充剂增加了肝脏中Sepp1的生成，而Sepp1是已知的胰岛素抵抗诱导因子。Sepp1可减少肝细胞中的胰岛素受体酪氨酸磷酸化，并降低肌细胞中的丝氨酸磷酸化，从而损害胰岛素信号传导和葡萄糖代谢。

▸ 硒水平过高和缺乏都会增加2型糖尿病风险

一项针对13460名个体的荟萃分析显示，血清硒含量低于97.5 μg/L和高于132.5 μg/L的人群中，2型糖尿病（T2DM）的患病率较高，且高硒水平个体的发病率上升更为明显。其他研究也表明，糖尿病患者的血浆硒浓度显著低于对照组。

硒对2型糖尿病的影响机制

这些发现表明，T2DM与硒水平之间并不存在简单的线性关系，较高和较低的硒水平均是T2DM的潜在风险因素。适当的硒补充对于维持人类葡萄糖稳态至关重要。

研究发现，硒纳米颗粒通过降低血浆葡萄糖水平帮助预防高血糖，并提高糖尿病大鼠的血浆和胰腺胰岛素水平，修复受损的胰腺组织。此外，硒纳米颗粒还降低氧化应激，并增强过氧化物酶谷胱甘肽的活性。

6
抗癌作用

证据一般

多项研究表明，癌症发病率与硒缺乏密切相关。硒有助于预防肿瘤、抑制肿瘤生长、限制细胞分裂，并逆转恶性表型。

▸ 硒诱导癌细胞凋亡

硒的抗癌效果是多种机制共同作用的结果。有机硒化合物作为调控因子，可以影响致癌基因的表达，诱导癌细胞程序性死亡，并左右细胞的免疫功能。硒通过促进细胞凋亡发挥重要的抗癌作用。甲基硒酸（MSeA）能下调Bcl-xL和Mcl-1，增加半胱天冬酶介导的凋亡。

注：在LNCaP人类前列腺癌细胞中，硒诱导p53 Ser-15磷酸化并促使凋亡。MSeA还诱导DU145细胞浸润伴随Akt和ERK1/2磷酸化降低，与细胞G1停滞及p27kip1和p21cip1表达增高相关。硒诱导细胞生长停滞与细胞周期蛋白D1降低及JNK激活相关。

▸ 减少肿瘤细胞侵袭和转移、刺激DNA损伤修复

硒还通过抑制基质金属蛋白酶（MMP）-2、MMP-9和尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）减少肿瘤细胞的侵袭与转移，进而发挥其抗癌效果。

刺激DNA损伤修复也是硒的重要抗癌机制。硒蛋白如谷胱甘肽过氧化物酶在抗氧化和维持细胞还原环境中发挥关键作用，能通过增强血清蛋白生成加速DNA修复。SeM通过抗氧化活性增强p53，保护细胞免受DNA损伤。

注：然而，研究发现硒补充并未预防基底细胞癌，反而增加了鳞状细胞癌和非黑色素瘤皮肤癌的发病率。

总之，硒作为抗癌剂在结肠癌、皮肤癌、乳腺癌、肝癌、肺癌和直肠癌中的效果已被广泛记录，显示出其巨大的临床潜力。

7
心血管保护

证据一般

各种心血管疾病的病理基础，如冠心病和高血压，都是动脉粥样硬化。

▸ 硒具有抗动脉粥样硬化的作用

流行病学研究和临床观察表明，硒具有抗动脉粥样硬化的作用，补充硒可以显著减少动脉粥样硬化的形成。含硒的抗氧化酶在心肌组织中发挥作用，帮助清除有害物质，从而保护心肌细胞膜和线粒体等细胞器的正常功能。

硒对心血管疾病的影响机制

此外，研究还显示饮食中的硒含量与高血压呈负相关。

8
重金属解毒

证据一般

研究表明，硒能影响抗氧化性和螯合作用，从而抑制重金属毒性，如汞、镉、砷、铬、铊、铅和银。

金属离子是多种蛋白质所必需的，参与电子转移、氧气运输、催化等生物过程。然而，体内重金属的积累会引发肝脏和肾脏毒性、神经毒性、生殖毒性和免疫毒性等多种不良反应，导致严重的健康问题。氧化应激是重金属的主要毒性机制。

例如研究发现，汞处理红细胞中的H2O2和超氧化物阴离子随剂量增加而增加，汞诱导的活性氧（ROS）可导致细胞坏死和凋亡。

▸ 硒能够减轻重金属的生物毒性

硒通过血清蛋白参与抗氧化防御，主要针对GPX和Trx系统这两大氧化防御体系。硒补充通过维持硒酶活性，减少重金属诱导的活性氧产生、蛋白质氧化和脂质过氧化，保护细胞免受免疫抑制、细胞毒性和内源性凋亡。

此外，硒还能直接与重金属特别是汞、镉和砷相互作用，这些重金属通常与含硫基团高度亲和，可能导致蛋白质结构变形。然而，硒对重金属的亲和力更高，能够封存金属离子，从而降低其生物利用性。

9
其他生物功能

▸ 硒会影响尤其是男性的生殖健康

此外，硒与生殖健康密切相关，尤其在男性中，影响睾丸组织、精子胚细胞数量、精子形成、精子形态和。严重的硒缺乏可能导致男性不育。

▸ 预防骨关节病变

硒补充还能预防骨髓病变并促进修复，对卡斯钦-贝克病和关节炎等疾病具有预防和治疗效果。

小结

因此，硒及其化合物能够作用于人体的多个器官和组织，促进和提升其功能，同时展现出广泛的生物活性。从细胞层面到系统层面，硒在维持健康和防治疾病中发挥着重要的作用，表明其潜在的应用价值和重要性。

健康人体的硒浓度及其缺乏或过量的危害

人体中的硒含量

▸ 健康人体的硒浓度

一名健康成人体内平均含有约10-20毫克的硒，血液中的正常硒浓度为80–140 ng/mL。尽管这数量相对较小，但在生理功能中却发挥着不可或缺的作用。

血液中硒浓度与人体健康

▸ 硒的人体分布

硒广泛分布于各组织和体液中，但在不同器官中的含量差异显著：

•肝脏：作为硒的主要储存器官之一，肝脏含硒量高，负责重要的代谢和解毒功能。

•肾脏：肾脏同样富含硒，帮助调节体内矿物质平衡和排除代谢废物。

•甲状腺：甲状腺中的硒浓度较高，参与甲状腺激素的合成与代谢。

•肌肉和心脏：硒在肌肉组织（尤其是心肌）中也具有较高浓度，对心血管健康至关重要。

•生殖系统：在睾丸和卵巢等生殖器官中，硒的存在有助于支持生殖功能，促进精子的生成和激素的合成。

硒的吸收、代谢和分布

硒在人体具有重要的生理功能，但其缺乏与过量都会对健康产生显著的负面影响。以下是基于相关文献和我们已有的知识，详细总结硒缺乏和过量对人体健康的影响。

硒缺乏的危害

⑴克山病和卡斯钦-贝克病

凯山病是一种伴有肺水肿的青少年心肌病，主要由硒的缺乏和柯萨奇B病毒变异株引起。该病首次在中国东北黑龙江省克山县被发现，随着时间推移，这些症状在中国东北至西南地区普遍存在，该地区土壤缺乏硒。

凯山病可能引发癌症、高血压、中风，还可能导致湿疹、银屑病、关节炎和白内障。补充硒可以减轻这些症状。维生素E缺乏被认为与凯山病的发生有关，因此建议同时补充维生素E。

卡斯钦-贝克病也是由硒缺乏引起，主要影响5至15岁的儿童，特别是生活在硒水平较低的地区。该病为慢性骨软骨病，主要分布于中国东北及西南部。

硒和碘被视为该病的主要营养缺乏。此外，卡斯钦-贝克病的其他原因包括真菌产生的三聚霉菌（如Alternaria和Fusarium sp.）污染饮食中的大麦，以及饮用水中的富尔维酸。

注：针对儿童卡斯钦-贝克病，有多种硒补充剂可供选择，如硒酸钠、硒酸钠与维生素E、硒酸钠与维生素C、硒盐及硒富集酵母，与安慰剂/无治疗相比，这些补充剂在治疗中十分有效。

⑵免疫功能受损

硒缺乏会导致免疫系统的功能下降，增加感染的风险。研究表明，硒的补充能够改善HIV感染者的免疫应答，降低结核病的发病率。

⑶心血管疾病

硒的缺乏与心脏疾病的发展有一定关联。低硒水平可能导致细胞内氧化应激增加，从而促进动脉粥样硬化等心血管疾病。

⑷甲状腺功能障碍

硒在甲状腺激素的合成中发挥重要作用，缺乏硒可能导致甲状腺功能减退，影响代谢和生长。

⑸神经系统受损

缺乏硒可能对神经系统功能产生负面影响，增加神经退行性疾病的风险，如阿尔茨海默病等。

⑹糖代谢紊乱

硒缺乏与糖尿病的发生之间存在一定关系。这种关系主要是通过影响胰岛素的功能以及调节炎症反应来影响糖代谢过程。

⑺其他症状

硒缺乏还可能引起其他症状，包括：

•肌肉无力；

•碘缺乏加重；

•贫血；

•类风湿关节炎；

•生育能力下降；

•多种癌症，包括肺癌、前列腺癌、乳腺癌、食管癌和胃癌。

导致硒含量过低的原因

▸ 导致硒含量低的主要原因:

•饮食中硒含量不足；

•炎症性肠病（溃疡性结肠炎和克罗恩病）；

•肠外营养，适用于通过静脉接受营养的病患者；

•肾脏疾病；

•阿尔茨海默病；

•格雷夫斯病（甲状腺功能亢进）或甲状腺功能减退（甲状腺功能减退）；

•针对健康状况（如苯酮尿症，一种罕见的先天缺陷，会导致体内苯丙氨酸氨基酸堆积）的特殊饮食。

▸ 以下药物也可能降低硒水平：

•皮质类固醇，用于减轻炎症的药物。

•避孕药；

•氯氮平，一种用于治疗精神分裂症的抗精神病药物。

硒过量的危害

虽然硒缺乏会带来许多危害，适量摄入对健康有益，但过犹不及，硒过量也会产生一些不利影响。

⑴硒中毒

硒的过量摄入可能导致硒中毒，症状包括：

•恶心；

•呕吐；

•腹泻；

•胃痛；

•皮疹（皮炎）；

•低血压；

•心跳加速

硒中毒还可能导致蒜味的口气、皮肤病、脱发、指甲脆弱等症状。严重时，可导致呼吸困难、心肌梗死和肾功能衰竭。

⑵代谢紊乱

过量的硒摄入可能干扰体内其他微量元素（如铅、镉和砷）的代谢，降低其排出，导致多种健康问题。

⑶糖尿病风险上升

糖尿病与硒之间的关系并非那么简单，研究发现T2DM与硒水平之间并不是简单的线性关系，较高和较低的硒水平均是T2DM的潜在风险因素。

⑷男性甲状腺激素（T3）水平下降

一项研究中，过量补充硒（每天300微克）使男性甲状腺激素（T3）降低。然而，更大规模的研究无法复制这些结果。

⑸血液脂肪水平增加

高血硒水平可能与总胆固醇、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）、ApoB和A1（A-A1）升高相关。

⑹健康负担

大规模的随机对照试验表明，长期硒过量补充与死亡率相关，显示出U形关系，即过高或过低的硒水平均与死亡率增加相关。

小结

总之，硒在人体健康中扮演着双刃剑的角色。适量的硒摄入对免疫、心血管和甲状腺健康等多方面有积极作用，而不足或过量则可能导致严重的健康问题。

建议维持适宜的硒摄入水平，以促进身体健康并预防潜在的疾病风险。在某些环境（如土壤缺硒或污染）中，适当评估和监测硒的摄入是非常重要的。

硒的膳食来源及在人体的吸收与代谢

▸ 自然界中硒主要分为元素硒、无机硒和有机硒

自然界中的硒主要存在三种形式（元素硒、无机硒和有机硒）。

元素硒对生物体来说难以吸收和利用。无机硒以硒化物（Se2+）、硒酸盐（Se4+或Se6+）的形式存在，具有较低的生物利用度。

生物体中的有机硒主要分为两类：一类是含硒氨基酸，如硒半胱氨酸（SeCys）和硒甲硫氨酸（SeMet）；另一类是含硒蛋白，具有与代谢相关的生理活性。

▸ 硒的膳食来源

▸ 不同地区硒含量差异显著

人体中的硒主要来源于饮食，而食物中的硒则来自土壤。土壤中硒的存在和浓度主要取决于母质的成分。

土壤中硒的分布极不均匀，不同国家甚至同一国家不同地区内的土壤硒含量差异显著。根据世界卫生组织发布的数据，目前全球有40多个国家和地区，涉及5亿至10亿人口，处于不同硒缺乏状态。

全球及中国土壤中硒含量的分布图

在世界地图上，红色表示硒充足，粉色表示硒缺乏，白色表示无硒含量数据；中国地图上，绿色越深表示硒越充足。

▸ 硒的浓度因食物而异

一般来说，硒的浓度因食物而异，动物性食品>蔬菜>谷物>水果。谷物是硒的主要来源，但其硒含量相对较低，范围在0.01至0.55微克/克之间。动物性食品中的硒含量介于0.08至0.7 微克/克之间，蔬菜和水果中低于0.1微克/克。

富含硒的食物及其成分比例

巴西坚果、小麦胚芽、燕麦等谷物、牛肉、鸡肉、贝类、鱼类、海鲜、牛奶和香菇和纽扣蘑菇是硒的优质来源。

巴西栗，又称巴西坚果，是硒含量最高的来源之一。一些草本植物如双黄耆和十字花科植物（西兰花）中也存在较高水平的硒。

▸ 不同形式的硒生物利用度不同

硒的生物利用度主要取决于其化学形式。一般来说，有机形式的硒吸收更快，硒氨基酸的生物利用度通常高于无机硒，常用于血清蛋白的生物合成。并且虽然植物中的硒浓度较低，但其比动物食品中的硒更具生物利用度。

硒半胱氨酸（Sec）是另一种主要来源于动物食品的有机硒化合物。无机硒主要通过硫同化途径在植物体内积累，但也存在于水中。人类摄入的硒酸和硒矿最终会转化为SeMet。

▸ 营养成分比例也会影响硒的生物利用度

此外，饮食中的蛋白质、脂肪和重金属含量也会影响硒的生物利用度。

▸ 不同人群的硒需求

适度摄入硒和均衡饮食对于维持健康至关重要。人体对硒的需求也因不同年龄阶段而异。婴幼儿、儿童、成人和老年人由于生理和代谢特性的不同，对硒的需求也各不相同。

▸ 中老年人和孕妇的硒需求量更高

例如，儿童和青少年在生长发育过程中需要增加硒的摄入，以支持快速的身体和大脑发育。成年人需要足够的硒来维持免疫功能和抗氧化防御，而老年人则因消化和吸收能力下降，可能需要调整硒的摄入。世界卫生组织建议成年人每天硒摄入量为55微克，耐受上限为400微克/天。

中国营养学会对不同人群推荐的硒的估计平均需求（EAR）、推荐营养摄入量（RNI）和最高耐受摄入量（UL）见下表；其他国家和世界卫生组织（WHO）推荐的每日硒摄入量也展示在下面第二个表中。

中国营养学会推荐的硒摄入量

其他国家和世卫组织推荐的每日硒摄入量

▸ 硒的吸收与代谢

膳食硒包括无机硒（如硒酸盐和硒酸盐）和有机硒（如硒甲硫氨酸和硒半胱氨酸），不同形式的硒具有不同的吸收机制。无机硒：硒酸盐通过钠/硒酸盐共转运物质吸收，而硒石则通过简单扩散的方式吸收。有机硒：硒化合物及含硒氨基酸通过依赖钠的氨基酸转运机制被肠道吸收。总体而言，人体吸收有机硒的效率高于无机硒。

▸ 硒的吸收发生在十二指肠、盲肠和结肠

硒的吸收发生在十二指肠、盲肠和结肠。在肠细胞中，SeMet和SeCys通过主动运输被吸收，而硒酸则通过被动运输（SLC26基因家族的阴离子改变因子）吸收。吸收后，所有形式的硒通过肠道细胞内的反应转化为H2Se并通过血液结合的LDL（主要是VLDL）运输。

▸ 硒主要在肝脏中进行代谢，并运输到大脑、肾脏等器官

肝脏是硒代谢的关键器官，大多数含硒蛋白的合成都在这里进行。在肝脏中，H2Se被转化为SePhp，并以SeCys的形式掺入血清蛋白中。通过受体介导的胞吞作用——apoE2和巨型磷酸，主要通过SELENOP形式运输到睾丸、肾脏和大脑等其他组织。

硒的代谢途径

▸ 未被吸收的硒被掺入胆汁、肠道分泌物中

硒的主要排泄形式是通过尿液，但在过量摄入的情况下，也可能通过呼吸道排泄。当硒以三甲基硒（CH₃）₃Se的形式从尿液中排出时，肺部会以挥发性二甲基硒（CH₃）₂Se排出。在适度摄入的情况下，肾脏主要去除的单甲基化化合物是一种硒酸，即1β-甲基硒N-乙酰-D-半乳糖胺。未被吸收的硒还会掺入胆汁、胰腺和肠道分泌物中，最终通过粪便排出。

硒与肠道微生物群间的相互作用

硒与肠道微生物群之间存在复杂的相互作用，这种关系在维持宿主健康方面发挥着重要作用。肠道微生物通过调节肠道细胞的成熟与增殖，促进食物消化，防止有害细菌，并调节免疫反应，从而对人体生理产生重要影响。膳食成分，尤其是微量元素，能够影响胃肠道内微生物的定植和结构。硒的含量会影响微生物群落的多样性，并对不同微生物群类别产生多种影响。硒在许多微生物群中具有独特的作用。

同时，微生物组编码超过数百万个基因，执行多种宿主无法实现的代谢功能，包括合成某些维生素和生物活性化合物、合成必需和非必需氨基酸、代谢不可消化的碳水化合物，以及通过肠脑轴传递神经、激素和免疫信号。此外，它还参与营养物质的吸收，并作为病原体的上皮屏障。

过去十年间，一些研究评估了硒在约600个细菌和古细菌基因组中的应用。富含硒蛋白的生物体主要是δ-变形菌(Deltaproteobacteria)和梭菌(Clostridia)，尤其是Syntrophobacter fumarroxidans，其原核硒蛋白瘤数量最高。

让我们一起来深入了解硒与肠道微生物群之间的复杂相互作用。

▸ 硒作为肠道菌群调节剂

饮食中的硒会影响宿主的硒状态和硒蛋白的表达。同时，肠道微生物群能够利用摄入的硒来合成自身的硒蛋白。硒的摄入影响微生物群的组成和定殖，可能干扰微生物多样性并产生独特影响。

▸ 硒的摄入影响部分菌群合成硒蛋白

约四分之一的细菌具有编码硒蛋白的基因，其中包括大肠杆菌、梭菌和肠杆菌类，它们能够定殖于人类和动物的胃肠道。硒半胱氨酸合酶（SelA）是一种吡磷酸依赖酶（PLP），它催化细菌中由UGA解码的tRNASec（SelC）生成硒半胱氨酸-tRNA，该tRNASec由硒磷酸合成酶（SelD）生成。

除了SelB外，SelA、SelC和SelD作为特异性翻译因子，也是细菌Sec解码的组成部分，允许Sec纳入特定的UGA密码子，并插入Sec元素序列。

硒蛋白通过提高造血PGD2合酶（HPGDS）的表达，影响肠道微生物群，HPGDS催化免疫细胞（如巨噬细胞和T细胞）中PGD2的合成。PGD2经过自发脱水和异构化生成前列腺素J2（Δ13-PGJ2）和Δ12-PGJ2，其中Δ12-PGJ1可转化为15-脱氧-Δ12,14-前列腺素J2（15d-PGJ2），从而缓解炎症。作为转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的配体，PGD2代谢物可结合HPGDS启动子中的PPAR反应元件，进而上调其表达，从而形成前馈回路。

▸ 细菌酶的关键辅因子，影响代谢功能

锰、锌、硒和铁是细菌酶的关键辅因子，负责DNA复制和转录、抗氧化作用以及细胞呼吸。铁和锌是几乎所有生物体在代谢和氧化还原过程中使用的金属。某些物种需要硒来维持正常代谢功能，例如大肠杆菌的结构中有三种血清蛋白。

▸ 提高具有潜在保护作用的有益菌水平

有研究比较了不同剂量的硒膳食补充剂（缺乏、充足和过量）对小鼠肠道微生物群的影响。与缺乏硒饮食相比，适量的硒补充显著减少了Dorea属的丰度。

注：Dorea属是肠道微生物群中常见的一种，能够产生氢气和二氧化碳，并在多发性硬化症、炎症性肠病患者，甚至结直肠癌、自闭症谱系障碍以及肥胖人群中高丰度富集。

同时，提高了对结肠炎和肠道屏障功能障碍具有潜在保护作用的微生物水平（如AKK菌和Turicibacter）。硒补充还显著增加了肠道微生物的多样性和丰富度，有益菌的相对丰度随之提升，特别是Lactobacillus、Ruminococcaceae和Christensenellaceae的丰度显著增加。

此外，硒的补充能够促进短链脂肪酸的生成，特别是丁酸和丙酸等关键脂肪酸的合成。这些短链脂肪酸在增强肠道的抗氧化能力、减少炎症反应以及改善肠道屏障功能方面发挥着重要作用。

▸ 硒能够特异性抵抗病原菌如大肠杆菌

硒在复杂的肠道菌群环境中对病原菌（如大肠杆菌）具有特定的抗菌活性，同时不影响其他微生物群落的丰度。

硒的施用部分恢复了肠道微生物群，并促进了暴露于甲基汞的大鼠的甲基汞分解和排泄。约五分之一的肠道微生物能够表达血清蛋白，而硒的可用性也影响其表达，血清蛋白对细菌和哺乳动物宿主的多种活性至关重要。膳食硒会影响肠道微生物群的组成和胃肠道定植，从而影响宿主的硒状态和血清蛋白表达。

▸ 对肠道微生物群的影响取决于硒摄入量

肠道微生物群的调节受硒状态和其衍生物的生物转化影响。在硒摄入充足的情况下，肠道与宿主细菌之间的有益关系促进了硒化合物（如硒盐转化为SeMet和SeCys）的生物转化，维持稳态。

硒缺乏会导致大肠杆菌、梭菌和肠杆菌等细菌对硒的摄取增加，促进硒化合物的转化，结果是宿主的血清蛋白表达减少、硒免疫细胞激活减少、促炎细胞因子增加，以及炎症性肠病和癌症风险上升。

另一方面，过量摄入硒会增加Turicibacter、Akk菌和乳酸菌的吸收，促使硒酸盐的生物转化，并增加挥发性Se化合物的排放。

肠道微生物群的调节取决于硒状态

▸ 微生物群作为影响硒状态的环境

研究表明，肠道微生物群能够调节宿主对硒的摄取和生物转化，同时也可能影响硒的生物利用度。

▸ 肠道菌群能够代谢多种无机和有机硒

一项研究发现，肠道微生物群能够代谢多种无机和有机硒化合物，并将其纳入细菌蛋白中。含有SeMet的蛋白质作为宿主动物的硒储存，累积在肠道微生物群中。

此外，主要的尿素代谢物SeSug1被转化为可供营养利用的硒化合物。最后，部分生物硒化合物如SeCN、MeSeCys和SeSug1在肠道微生物群中提高了生物利用度。

▸ 过量细菌摄取硒可能导致宿主硒蛋白缺乏

尽管宿主与肠道微生物群通过共生关系相互受益，但在微量营养素供应有限时，它们可能成为竞争对手。

同时，肠道微生物群偏向于硒化合物的生物转化，肠道细菌对硒的过量摄取会影响宿主的硒蛋白表达，导致在硒受限条件下硒蛋白水平降低两到三倍。目前，尚未确认这种效应对人类和动物的不利后果。鉴于益生菌的显著增殖，应研究这些生物体内的硒代谢，以评估是否需要推荐更高的硒摄入。

▸ 部分细菌会根据硒来影响致病性

一些细菌物种能够通过硒影响细菌致病机制。在这种细菌感染中，宿主的免疫反应、微生物病原体、微生物群和宿主的硒状态之间存在复杂的相互作用。具有硒依赖酶的细菌能够在哺乳动物肠道的厌氧条件下存活，利用宿主的硒来增强其毒力和致病性。

硒缺乏会降低个体的免疫功能，使不需要硒的细菌得以存活，进而引发感染和疾病。同时，宿主的微生物群也可能因硒的存在而有所不同，硒可以通过竞争或产生对致病细菌有害的代谢物来防止依赖硒的细菌感染。

★ 硒、微生物群与疾病间存在重要联系

硒蛋白和血清蛋白在某些疾病的发病机制中可能发挥重要作用，特别是在炎症性肠病（IBD）、癌症、甲状腺功能障碍和神经发生性疾病中。硒状态可能影响核因子κB（NF-κB）转录因子和过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）的表达，这些因子参与免疫细胞激活，导致不同阶段的炎症。

▸ 硒、微生物群与炎症性肠病

炎症性肠病（IBD）包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，其特征是肠道菌群失调，导致肠道活动和分泌发生变化、内脏过敏（痛觉过敏）以及肠脑通讯功能衰竭。约30.9%的肠炎患者存在硒缺乏，这表明硒在改善IBD中的重要性，主要归因于其在降低炎症反应中的作用。

▸ 缺少硒会加剧氧化应激

核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）似乎也参与上皮细胞的氧化还原稳态。在IBD动物模型中，缺乏Nrf2会增加炎症性细胞因子（如TNFα和IL-6）和COX-2的表达。而在足够的硒浓度下，Nrf2可促进TXNRD和GPX的表达。此外，研究表明血浆硒浓度与Nrf2相关基因表达呈正相关。缺乏Nrf2还会增强NF-κB活性，从而加剧氧化应激。

在IBD患者中，具有促炎活性的细菌，如大肠杆菌和梭杆菌会增加，而具有抗炎活性的细菌如Faecalibacterium prausnitzii、Clostridide leptum、prausnitzii和双歧杆菌会减少。其它细菌门与IBD患者摄入硒有关。克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的膳食硒分别与厚壁菌门的存在呈正相关，与疣状菌门呈负相关。

▸ 补充硒或与益生菌联合使用可以改善肠炎

研究了用硒纳米颗粒（ULP-SeNPs）对DSS诱导的小鼠急性结肠炎的保护作用，发现主要益处包括减少结肠CD68、调节IL-6和TNF-α、巨噬细胞失活，以及抑制NF-κB的核易位。

使用SeCys和硒半胱氨酸治疗的动物显示活性氧和腺二铝（MDA）浓度降低，肠道中SOD和GPX活性增加，表明其对肠道黏膜具有保护作用。此外，SeCys治疗组的IL-1、MCP、IL-6和TNF-α水平显著下降。

报告指出，与仅补充L.casei的动物相比，使用含硒纳米颗粒的Lactobacillus casei ATCC 393能更好地保护免受肠道屏障功能障碍和大肠杆菌（Escherichia coli）K88肠道毒素感染相关的氧化应激，表明L.casei 393-SeNPs在维持肠道上皮完整性方面的能力。

▸ 硒、微生物群与癌症

研究显示，饮食中的硒不仅影响肠道微生物群的组成，还影响其胃肠道的定植，从而影响宿主的硒状态和血清蛋白表达。肠道微生物群对硒蛋白及其他与氧化还原稳态相关的分子的影响，可能调控氧化应激、凋亡、炎症和免疫反应，从而直接影响癌症风险。

▸ 硒缺乏的状态下会导致炎症细胞因子水平升高

Dorea属的细菌是肠道微生物群中最常见的物种之一，在缺乏硒的情况下会增加，并与肠易激综合征、癌症、多发性硬化症和非酒精性肝病有关。硒缺乏和血清蛋白表达不足会通过较高水平的炎症性细胞因子，尤其是在结肠水平，损害先天和适应性免疫反应。

肠道微生物群对血清蛋白及其他与氧化还原稳态相关分子的影响，可能影响氧化应激、凋亡、炎症和免疫反应的调控，而这些反应似乎直接影响癌症风险和发展。

▸ 富含有机硒的益生菌能有效消除结肠癌中的致病菌

另一方面，富含有机硒的益生菌可能成为消除炎症性肠病和结肠癌中致病细菌的有效替代方案。研究显示，口服富含硒的酿酒酵母可减少小鼠小肠中嗜酸性粒细胞过氧化物酶活性、组织病理损伤和氧化应激。

因此，强烈建议开展涉及硒富集以及营养保健品中血清蛋白和硒代谢物生物功能及生物可及性/生物利用度/生物活性的临床研究，以验证前期研究结果。

▸ 硒、微生物群与甲状腺功能障碍

甲状腺是体内硒含量最高的组织之一，多种参与甲状腺代谢的蛋白质中含有硒，包括GPX（I型和II型）、DIOs和TXNRD。结肠常驻微生物能代谢硒，微生物通过调节碘的吸收、降解和肠肝循环影响甲状腺水平。此外，一些矿物质在宿主与微生物群的相互作用中，尤其是硒、铁和锌，发挥重要作用。

▸ 菌群稳态对甲状腺功能和甲状腺激素的平衡至关重要

除了促进免疫系统健康，健康的肠道微生物群还积极影响甲状腺功能。虽然自身免疫性甲状腺疾病（AITDs）中的菌群失调已被发现，但甲状腺癌患者中也存在致癌和炎症细菌株数量增加的现象。

此外，肠道微生物群的组成对甲状腺所需的微量营养素，如硒和锌的可用性有重大影响，这些矿物质是将甲状腺素（T4）转化为三碘甲状腺原氨酸（T3）的脱碘反应的辅因子。缺乏这些矿物质可能源于任何阶段的限制性或不均衡饮食，导致甲状腺激素产生减少。

▸微生物群对硒的摄取影响甲状腺素的可用性

微生物群影响硒的摄取，可能改变L-甲状腺素的可用性以及丙硫尿嘧啶（PTU）的毒性。在正常硒水平下，甲氧还蛋白还原酶系统和SH-Px能保护甲状腺细胞免受过氧化物活性影响，而硒缺乏时，H2O2的凋亡反应则会增强。例如，乳杆菌（Lactobacillus）水平的降低可能干扰碘甲状腺原氨酸脱碘酶 (DIOs)的形成，导致甲状腺功能障碍。

一些乳杆菌物种能够在细胞内保持硒酸钠，如SeCys和SeMet，从而提供更具生物利用度的硒形式，而无机形式的硒通常被人类细胞吸收较差。因此，甲状腺疾病患者中乳杆菌的减少可能降低硒的生物利用度，并降低其在激活甲状腺激素转化中的作用。此外，硒还能防止其他激素合成过程中的氧化损伤。

▸ 乳杆菌有助于提高硒在人体的浓度

一项队列研究证实了肠道微生物群、甲状腺癌与甲状腺结节之间的关系。研究中，甲状腺癌组和甲状腺结节组的丁酸单胞菌属(Butyricimonas)和乳杆菌相对丰度显著降低（p < 0.001）。作者指出，乳杆菌是肠道中重要的属，能够提高包括硒在内的多种金属在人体细胞中的浓度。

在人体和大鼠研究中，肠道微生物群的多样性和结构可能在调节药物控制的甲状腺代谢中发挥多重作用。尽管已有研究证实甲状腺疾病与肠道微生物的关系，其他研究表明小肠细菌过度生长可能损害甲状腺功能。然而，硒缺乏症、甲状腺与肠道微生物群的致病作用尚未彻底确立，因此强烈建议进行更多临床研究。

▸ 硒、微生物群与心血管疾病

肠道微生物群的代谢潜力被确认是心血管疾病发展的一个促成因素。肠道微生物群产生脂多糖（LPS）和肽聚糖等信号分子，通常通过模式识别受体（PRR）与宿主的黏膜表面细胞相互作用。

▸ 甘氨酸甜菜碱还原酶的活性依赖于硒

此外，它们还通过三甲胺（TMA）/三甲胺-N-氧化物（TMAO）和短链脂肪酸等途径与宿主相互作用。其中一些分子已被证实能与胃饥饿素、瘦素、胰高血糖素样肽1（GLP-1）和肽YY（PYY）相互作用，并刺激副交感神经系统，从而影响心血管疾病相关的代谢过程。

TMAO因其可能促进动脉粥样硬化、心血管代谢疾病、动脉高血压、缺血性中风、心房颤动、心力衰竭和急性心肌梗死而备受关注。肠道微生物群代谢磷脂酰胆碱和L-肉碱，产生三甲胺（TMA），随后由宿主肝酶进一步转化为TMAO。多种酶参与将膳食成分转化为TMA的过程。其中，甘氨酸甜菜碱还原酶（GrdH）是一种需要硒的酶，负责甘氨酸甜菜碱生成的TMA。

▸ 硒、微生物群与血糖失调

一项研究发现，喂养高脂饮食的小鼠血浆中脂多糖（LPS）浓度较高。脂多糖是革兰氏阴性细菌的易位标志物，与胰岛素抵抗、肥胖和糖尿病密切相关。在此背景下，双歧杆菌的存在与肠道中较低的LPS浓度相关，从而降低代谢疾病的发生率。此外，双歧杆菌还降低了2型糖尿病（DM2）患者的肠道通透性。

▸ 双歧杆菌与硒联合使用改善葡萄糖耐受性

双歧杆菌与硒联合使用时对糖尿病的作用更为显著。富含硒酸钠的双歧杆菌（B.longum DD98，Se-B）能改善糖尿病小鼠的口服葡萄糖耐受性，提高胰岛素敏感性并保护胰腺β细胞。

这些效应呈剂量依赖性，表明适当剂量对B.longum DD98和Se-B的疗效至关重要。还评估了在糖尿病C57BL/6小鼠中硒与微生物联合补充的效果，报告称使用富含硒的提取物可缓解因氧化应激引发的肝损伤。

▸ 硒有助于提高丁酸盐丰度来改善胰岛素抵抗

预防和治疗胰岛素抵抗的其他机制与短链脂肪酸（SCFAs）产生相关，特别是丁酸盐。在2型糖尿病鼠中增加丁酸盐浓度，辅以益生菌，可以降低糖化血红蛋白（HbA1c）水平，改善葡萄糖耐受性和胰岛素抵抗。

此外，施用硒纳米颗粒（0.9mg/kg）可增加丁酸盐及益生细菌如乳杆菌和粪杆菌的含量。口服B.longum DD98和Se-B后，在小鼠粪便中发现高浓度的丁酸、醋酸和异丁酸。

丁酸盐对于胰岛素的积极作用似乎与GLP-1水平升高有关，GLP-1进一步降低2型糖尿病患者的血糖。研究显示，益生菌VSL #3能预防和治疗小鼠的肥胖与糖尿病，机制涉及益生菌-肠道菌群-丁酸-GLP-1轴，促进代谢效率。因补充B.longum DD98和Se-B也促进GLP-1分泌并保护β细胞，因此有学者推测硒在该轴上可能作为调节糖尿病有害影响的因子。

▸ 硒、微生物群与神经系统疾病

随着研究发现某些肠道细菌能产生类激素和单胺类神经递质，微生物群-肠道-大脑轴的机制逐渐明晰。这种双向互动使大脑、胃肠功能与免疫反应之间可以相互影响。

▸ 硒具有一定的神经保护作用，配合益生菌使用效果更佳

神经退行性疾病的特征是活性氧（ROS）的产生增加，血脑屏障功能下降。由于硒的抗氧化特性，一些硒蛋白具有神经保护作用。例如，硫氧还蛋白还原酶（TXNRD）维持氧化还原平衡，保护多巴胺能细胞，这些细胞在帕金森病的病理生理中易受氧化应激影响。

有研究显示，与单独施用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）相比，补充富硒酵母（Selemax）可降低自身免疫性脑脊髓炎（EAE）发病率，增加CD103⁺树突状细胞数量，并减轻肠道炎症。

此外，富硒酵母通过促进中枢神经系统中tau蛋白表达发挥神经保护作用。Tau是维持神经元微管及MAPs（MAP1、MAP2）稳定性的关键蛋白。在阿尔茨海默病（AD）三重转基因小鼠模型中，连续3个月补充富硒酵母显著改善了空间学习、记忆和神经活动。

在一项人类研究中，含乳杆菌（Lactobacillus）、两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）和长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）（各2×109 UFC）及硒协同补充（200微克/天，硒酸钠）在阿尔茨海默病患者中改善了认知功能和代谢特征。

如何判断硒含量是否充足及科学补充？

了解并判断自身硒含量是否处于健康范围，对于维持机体平衡与疾病预防非常重要。硒含量取决于摄入量、保留量和代谢情况。因此，硒含量可以通过摄入、保留/排泄和浓度等生物标志物以及功能性生物标志物在三个层面进行评估。

硒的生物标志物

摄入评估

硒摄入量可通过食物摄入评估方法，如食物频率问卷进行估算，食物中的硒含量则依据食物成分表计算。

▸ 通过膳食摄入评估硒不够精确

由于食物成分表的精确度有限，加之土壤硒含量差异较大，评估饮食中硒的实际摄入仍具挑战。此外，饮食中的硒还会影响肠道微生物定植，从而调节宿主硒状态及硒蛋白的表达。

体内硒的评估

体内硒含量可通过摄入量与尿液、粪便中排泄量之差评估，这需连续数天收集排泄物。另一种方法是测定尿液中硒与肌酐浓度的比值，以减少排泄变异带来的误差。肾脏是吸收后硒的主要排出途径。遗传、环境、体型、年龄及性别等因素均会影响硒的保留与排泄。

▸ 尿液硒有助于成为评估职业暴露的敏感指标

尿液中硒浓度的测量被认为是群体研究中硒状态的潜在可行生物标志物，并且硒摄入增加会导致尿液中硒排泄迅速上升。因此，尿液硒可能是评估短期职业性硒暴露的敏感指标，但其特异性与代谢动力学仍有待深入研究。

此外，尿液中硒的浓度可用于识别硒状态的区域差异，可能反映土壤类型不同食物中硒含量的差异。

▸ 指甲和头发中的硒可反映长期水平

指甲中硒浓度被视为评估硒状态的高级生物标志物，可反映长达一年的长期暴露，而血液指标仅代表短期状态。趾甲因生长缓慢、采集方便、受外部污染影响小，被广泛用于大型流行病学研究。

为提高其实用性，样本采集、质量控制和分析方法的标准化至关重要。指甲中硒与血清蛋白P（SELENOP）及有机硒形式（尤其是SeCys）呈正相关，而与无机硒（如亚硒酸和硒酸）呈负相关，这可能与富含半胱氨酸的指甲蛋白易与硒结合有关。

头发硒常用于长期监测硒状态，具有成本低、样本易储存等优点。头发和指甲中的硒主要为排泄形式，更适用于饮食模式相对稳定的人群研究。

▸ 血浆硒是反映硒浓度较准确的标志物

由于硒在血浆中较为稳定，血浆硒浓度被认为是评估人体硒状态的理想生物标志物。一项系统综述建议在成人补充研究中采用该指标。血浆硒测定能有效反映高基线个体补充后摄入量的变化。此外，红细胞和全血硒浓度也被认为是反映长期硒状态的有用指标。

硒功能的生物标志物

硒功能的生物标志物包括血清蛋白P（SELENOP），其占血浆中硒的20–70%；谷胱甘肽过氧化物酶3（GPX3）占血浆中硒的10%至25%，以及谷胱甘肽过氧化物酶（GPX1），可在红细胞、淋巴细胞、口腔细胞和组织活检样本上检出。

▸ 血清蛋白P是评估低硒摄入人群的重要标志物

血清蛋白P（SELENOP）被认为是硒摄入量较低人群中硒状态的有用生物标志物，但在补充前已高硒水平的人群中不适用。SELENOP已被证明是可靠且敏感的硒状态生物标志物，能够提供剂量反应，用于估算达到血浆中硒水平所需的硒摄入量。

谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）是细胞抗氧化防御系统中的关键硒蛋白。推荐的硒摄入量基于维持血浆GPX3最佳活性的血清蛋白层级结构计算，同时考虑达到生理正常硒水平所需的摄入量。

硒补充策略

硒的膳食来源我们前文中有讲过，为了更方便大家我们这里再作简单归纳：

⑴天然食物来源

植物性食品：

•巴西坚果：最丰富的天然来源；

•富硒蔬菜：大蒜、洋葱、蘑菇、西兰花等具有强硒富集能力；

•谷物作物：硒含量取决于种植土壤条件，一般范围0.1-1.0μg/g。

动物性食品：

•海产品：鱼类硒含量49-739μg/kg新鲜重量；

•内脏器官：肝、肾等可达1500μg/kg；

•奶制品和蛋类：硒水平受动物饲料影响显著。

⑵人工强化与补充策略

土壤施肥：

使用亚硒酸钠等硒肥，显著提高作物硒含量。

优点：成本低、覆盖广；

缺点：硒利用率受土壤pH、有机质等影响。

动物饲料添加：

直接添加亚硒酸钠或硒酸盐至饲料，通过富硒肥料→植物→动物的食物链传递。

食品加工强化：

开发硒强化食盐、调味品等日常食品；

通过富含硒的食品补充：如富硒的大米、富硒的鸡蛋、富硒的蘑菇、富硒的茶、富硒的麦芽等。

⑶膳食补充剂形式

无机硒补充剂：

•亚硒酸钠：常用补充形式，生物利用度较高；

•硒酸钠：吸收效率优于亚硒酸钠。

有机硒补充剂：

•富硒酵母：酿酒酵母在硒强化培养基中培养，硒主要以硒代蛋氨酸形式存在，硒含量可达3000μg/g，是当前最常用的补充形式。

•特定有机硒化合物：硒代蛋氨酸（SeMet）、甲基硒代半胱氨酸（SeMCys）、γ-谷氨酰-硒甲基硒代半胱氨酸。

新型补充剂：

•靶向性硒纳米制剂；

•缓释控释型硒补充剂；

•复合型抗氧化补充剂。

剂量与个性化补充

⑴推荐摄入量

最低需求：20μg/天（预防克山病）；

推荐膳食供给量（RDA）：50-60μg/天。

⑵安全阈值

上限摄入量：400μg/天（预防敏感个体风险）；

可观察不良反应水平：850μg/天；

中毒剂量：≥1262μg/天出现临床硒中毒症状。

⑶个体化因素

基础硒状态：缺乏个体补充效果显著，充足个体可能无效甚至有害；

遗传因素：硒蛋白基因多态性影响硒需求；

健康状况：糖尿病、癌症等疾病状态改变硒代谢。

⑷特殊生理状态

孕期哺乳期：保证胎儿/婴儿硒需求，但不超过安全上限；

老年人：维持抗氧化功能，预防年龄相关疾病。

⑸疾病辅助治疗

癌症患者：200μg/天可能改善生活质量，但需注意皮肤癌风险；

HIV感染：补充改善免疫状态，减少机会性感染；

自身免疫性甲状腺炎：200μg/天硒代蛋氨酸改善抗体水平。

结语

综观现有研究，硒不仅是维持生命活动的关键营养素，更是连接宿主代谢、免疫调控与肠道微生态的重要枢纽。它的作用早已超越传统意义上的抗氧化功能，而体现出复杂的系统性影响——既可通过硒蛋白调节炎症与代谢通路，又能借助肠道菌群实现间接的免疫与能量调控。硒与微生态的互作揭示了营养、代谢与疾病之间更为精细的耦合关系，也为理解“营养–肠道–健康”轴提供了新的生物学视角。

从应用层面看，硒可能成为调节肠道稳态与疾病防治的重要介质。合理利用不同形态的硒结合益生菌干预，有望在炎症性肠病、代谢疾病及神经退行性疾病等多领域实现营养精准化治疗。然而，硒的双刃性决定了补充策略必须建立在精准评估与个体差异分析的基础上，否则可能适得其反。

未来，应整合多组学技术和系统生物学方法，深入揭示硒在肠道生态网络中的动态平衡机制，明确宿主–微生物–营养三者间的信号通路。此外，将硒研究与临床实践相结合，探索其在疾病预防、药物增效及衰老干预中的潜在价值，也将成为实现“营养干预精准化”的关键方向。

硒不仅是维系健康的微量元素，更是揭示人体与微生态共生逻辑的重要线索。深入认识硒的多维作用，或将推动未来营养学、微生态医学与精准治疗的融合发展。

注：本账号发表的内容仅是用于信息的分享，在采取任何预防、治疗措施之前，请先咨询临床医生。

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镁缺乏与人体疾病的关联，如何更好地改善低镁状态？

谷禾健康

镁是人体中调节多种生理和病理过程的必需营养素。作为几百种酶促反应的辅因子，它参与能量合成、蛋白质与DNA稳定、神经传导、骨骼健康、肌肉收缩以及心律调节等多种生理过程。镁不仅是细胞能量代谢的核心元素，还在维持离子稳态、抗氧化防御和炎症调节中扮演着关键角色，被誉为“细胞代谢的守护元素”。

然而，现代社会中镁缺乏的现象正在快速上升，已成为全球范围内被低估的公共健康问题。许多国家人群的平均膳食镁摄入量远低于推荐标准。饮食结构改变和食物精制化是导致这一问题的主要原因。随着加工食品和高能量低营养饮食的普及，天然富镁食物（如全谷物、坚果、绿叶蔬菜）的摄入显著减少。此外，慢性压力、睡眠不足、过量咖啡因与酒精摄入，以及某些药物（如利尿剂和质子泵抑制剂）都会加速体内镁的流失。

镁缺乏对健康具有广泛而深远的影响。低镁状态会破坏细胞能量供应，削弱神经与肌肉系统的稳定性，易引发神经兴奋过度和心律失常。研究显示，血镁水平偏低与高血压、动脉硬化、心力衰竭、2型糖尿病、骨质疏松、抑郁症及认知障碍等多种慢性疾病密切相关。同时，镁不足还会增加炎症反应和氧化应激，成为多系统慢性损伤的重要激发因素。

改善镁缺乏除了常规的依赖膳食或补充剂外，更应从调节肠道微生态入手。研究表明，肠道微生物群在镁的吸收与代谢中发挥关键作用：肠道菌群通过发酵膳食纤维产生短链脂肪酸，可降低肠腔pH，促进镁盐溶解，并激活肠上皮细胞镁转运通道（TRPM6与TRPM7）的表达，从而增强镁吸收。健康菌群还能维护肠黏膜屏障，防止炎症性渗漏导致的镁流失；部分菌株则通过代谢产物调节肾脏镁重吸收，维持体内镁稳态。相反，菌群失衡会削弱这些机制，降低镁吸收效率并加剧缺镁，形成“低镁—炎症—菌群紊乱”的恶性循环。

镁缺乏的普遍化反映出现代生活方式与饮食结构下的系统性营养失衡。鉴于镁在多种疾病中的关键作用，深入探索肠道菌群对镁稳态的影响，并将其纳入营养干预策略，有望实现更精准、可持续的镁补充方式，从而在慢性疾病预防与代谢健康维护中发挥更积极的作用。

01
人体中的镁及其生理作用

▸ 镁在人体的含量

镁（Mg）是人体中调控多项生理功能的一种重要矿物质。是人体内第四丰富的金属元素（Ca²+ > K+ > Na+ > Mg²+），也是仅次于钾的细胞内第二丰富的阳离子。

人体镁含量约为24–29克，其中约2/3储存在骨骼，1/3分布于细胞内和肌肉组织，少于1%存在于细胞外其他组织及血液中（约100毫克）。血清镁浓度维持在0.75–0.95 mmol/L之间。

人体中镁的分布

▸ 镁的生理功能

镁（Mg）是维持人体健康的必需矿物质，参与了许多对身体正常运作至关重要的生理过程。其重要性涵盖多个器官系统，包括细胞功能、心血管系统、肌肉骨骼系统和神经系统，突显了其在维持整体健康中不可或缺的作用。

镁在多个细胞过程中的参与

⑴影响能量代谢—是酶促反应核心因子

•镁是人体内超过600种酶的必需辅因子，参与能量代谢（在细胞中，ATP 以 MgATP²⁻ 复合物形式存在）；

•促进糖酵解关键酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶）的活性；

•调节线粒体氧化还原反应与电子传递链稳定性。

注：辅因子是与酶结合且在催化反应中必要的非蛋白质化合物。

镁离子和MgATP的化学结构

⑵稳定核酸与蛋白质等结构

镁参与骨骼（约储存体内60%镁）、线粒体、核酸及膜结构的稳定，对DNA修复、染色体完整性和细胞衰老的延迟具有重要作用。

⑶免疫调控与炎症反应

镁是免疫细胞（T/B淋巴细胞、巨噬细胞）正常功能所必需，调控细胞因子分泌、吞噬作用及抗原应答。

镁不足可促发慢性低度炎症，增加IL-6、TNF-α等炎性标志物。

⑷神经传导与兴奋调节

•镁稳定神经膜，抑制NMDA受体的过度激活 → 防止兴奋性毒性；

•促进GABA受体敏感性，具有一定镇静与抗焦虑作用；

•调节神经递质（乙酰胆碱、谷氨酸、血清素）的合成与释放；

•缺镁与中枢神经兴奋、偏头痛、抑郁和神经退行性疾病风险升高相关。

⑸调节肌肉兴奋与收缩

•与钙协同控制骨骼肌与心肌的收缩和舒张；

•Mg²⁺ 参与肌动蛋白‑肌球蛋白相互作用的能量供应；

•缺镁可导致肌肉痉挛、震颤、血管痉挛及心律失常。

⑹参与维持心血管功能

•镁可以调节血管平滑肌张力，维持血压稳定；

•抑制血小板聚集与血栓形成；

•增强心肌顺应性并降低心律失常发生；

•低镁水平与高血压、动脉粥样硬化、心律失常、猝死密切相关。

⑺骨骼健康与矿物代谢

•镁与钙、磷共同参与骨基质形成与矿化；

•是维生素D活化（25‑和1α‑羟化）过程中关键辅因子；

•缺镁会影响甲状旁腺激素（PTH）分泌，导致低钙血症与骨密度下降；

•充足镁水平有助于降低骨质疏松与骨折风险。

镁在骨代谢中的作用

⑻抗氧化、抗衰老

•镁有助于减少活性氧（ROS）生成，增强谷胱甘肽和抗氧化酶系统活性；
•稳定线粒体功能，降低氧化应激造成的细胞损伤；
•维持DNA修复与细胞代谢平衡，延缓组织功能退化与衰老进程；

•抑制炎症因子表达，减轻慢性炎症性衰老。

⑼调节内分泌与代谢稳态

•镁是胰岛素信号转导的关键因子：激活胰岛素受体酪氨酸激酶，增强葡萄糖摄取；低镁状态与胰岛素抵抗及2型糖尿病风险增加相关。

•还参与脂质合成、氧化及甲状腺激素代谢。

镁影响胰岛素信号传导

02
镁的需求与代谢

★ 不同人群对镁的需求存在差异

根据2015–2020年美国膳食指南，女性每日镁推荐摄入量为320 毫克，男性为420 毫克。在怀孕、衰老、运动或感染、2型糖尿病等情况下，机体对镁的需求可能进一步增加。

然而，许多因素可能改变Mg的平衡：饮食中高含量的Na、Ca、蛋白质、酒精或咖啡因，或某些药物的使用（利尿剂，如呋塞米;质子泵抑制剂，如奥美拉唑等）。

影响镁平衡的因素：

•胃肠道吸收能力；

•肾脏排泄；

•健康人群的饮食建议每天约5–7毫克/千克体重来保持平衡；

•细胞外的Mg与储存中的Mg处于平衡状态；

•骨头是Mg的主要储存点。

▸ 镁的吸收与代谢过程

我们每天大约从食物和饮水中摄入约300–400毫克的镁，主要来源包括：

•深绿色蔬菜：如菠菜、羽衣甘蓝、甜菜叶等。

例如，100克煮熟的菠菜含约80毫克镁（占成人每日推荐量的20%）。

•坚果与种子：南瓜籽、杏仁、腰果、巴西坚果是镁的优质来源。

30克南瓜籽约含150毫克镁，接近成人每日需求量的37%。

•全谷物：糙米、燕麦、藜麦、荞麦等未经精制的谷物中，镁含量较高。

100克煮熟的藜麦约含65毫克镁。

•鱼类和豆制品：黑豆、鹰嘴豆等豆类每半杯煮熟的豆子含60-80毫克镁。三文鱼、鲭鱼等深海鱼也含镁（100克约含30-50毫克），同时提供Omega-3脂肪酸，建议每周食用2-3次。

•黑巧克力：可可含量70%以上的黑巧克力每30克约含65毫克镁，同时含抗氧化物质。

•硬水：（自来水或矿泉水中也含少量镁）。

①肠道吸收——“通往血液的第一道关口”

当镁随食物进入小肠后，约有30%~50%能被吸收进入血液。吸收主要发生在小肠（尤其是回肠和空肠），有两种途径：

被动扩散途径：当饮食中镁含量较高时，它通过肠壁间隙“自然渗透”进入血液。

主动转运途径：在镁摄入较低时，肠细胞会动用“镁专用通道”——TRPM6和TRPM7蛋白，把镁主动吸收入细胞。

影响吸收效率的因素包括：
促进吸收：维生素D、益生菌、乳酸盐、中等脂肪摄入。
抑制吸收：过多的钙、磷酸盐、酒精、咖啡因或高脂饮食。

维生素D：促进肠道镁吸收，而镁又是维生素D活化所必需。

甲状旁腺激素（PTH）：促进肾脏与肠道吸收镁，调节骨中镁释放。

雌激素：通过上调TRPM6通道增强镁再吸收。

细胞内转运系统：TRPM6/7、MagT1以及SLC41家族是调节镁跨膜转运和细胞内稳态的关键通道；其功能异常与代谢紊乱、免疫及神经疾病均有关。

②进入血液——“镁流通的高速公路”

吸收后的镁进入血液循环。成人血浆中正常镁浓度约为 0.75–0.95 mmol/L；其中约1%的镁在血液中自由流动，剩下的99%存储在骨骼（约2/3）和肌肉、软组织（约1/3）中。

镁在血浆中有三种存在形式：

•离子态 Mg²⁺（有生理活性的形式）

•与蛋白结合的镁（主要结合白蛋白）

•与阴离子结合的复合物（如磷酸盐、柠檬酸盐）

血中的镁浓度受到肠道吸收、骨骼储备和肾脏排泄三方面的精密平衡控制。

③肾脏的守护机制——排泄与调节

肾脏是镁平衡的核心调节器，肾小球对血浆反复滤过，每日滤过量可达约2.4g进入尿液；其中约95%（2300 毫克）在肾小管被重新吸收；实际仅约100 毫克以尿液形式排出体外。

肾脏可以调节排泄量，具体取决于血清镁的水平：当镁不足时，肾脏会提高重吸收率；当摄入过多时，则相应增加排泄量。

人体中的镁平衡

▸ 可能导致镁缺乏的因素

虽然日常饮食可提供一定量的镁，但现代饮食结构与生活方式的变化使许多人处于轻中度缺镁状态。长期摄入不足、吸收不良或排泄过多都可能扰乱体内镁平衡。以下列举了可能导致镁缺乏的因素：

导致低镁状态的原因及影响

⑴摄入不足

饮食结构失衡

•过度精制（精米、精面、糖类食品）导致镁含量锐减 > 60%；

•现代“西式饮食”（高脂、高糖、高加工）普遍镁摄入不足；

•素食或高钙高磷饮食中钙/镁比例失衡（Ca:Mg > 3:1）抑制镁吸收；

•减肥、禁食及流质饮食者镁摄入低于推荐摄入量。

饮水镁含量降低

•现代净化/反渗透水镁浓度低于 10 mg/L（天然水约 20–50 mg/L）；

•长期饮用低矿物质水可能导致血镁水平降低，有研究提示可达约10–15%，但不同研究差异较大。

食物生长环境贫镁

•现代农业中过度使用化肥、酸性土壤、除草剂（尤其草甘膦）导致土壤镁枯竭。植物镁含量相比1950年代平均下降 ≈ 25–30%。

⑵吸收障碍

胃肠疾病

•慢性腹泻、吸收不良综合征、克罗恩病、乳糜泻导致镁大量丢失；

•胆汁酸吸收障碍降低肠道对镁的电解质吸收能力；

•小肠细菌过度生长（SIBO）或肠黏膜萎缩破坏吸收通道（TRPM6 / TRPM7）；

•胰腺外分泌障碍及脂肪泻减少脂溶性螯合离子的吸收。

手术相关

胃旁路手术/小肠切除术使吸收面积显著减少，短肠综合征患者吸收率下降 50% 以上。

药物相关吸收受阻

质子泵抑制剂（PPI，如奥美拉唑、泮托拉唑）抑制胃酸分泌，减少Mg²⁺离子溶解及TRPM6通道活性。

长期使用PPI > 1年可使低镁血症风险增加10–12 倍。

⑶肾性镁丢失

肾脏每日滤过≈2400 mg 镁，其中95% 被重吸收。任何影响肾小管Mg²⁺重吸收的因素都会导致缺镁。

药物诱导

某些药物的使用可能促进排泄而导致镁流失。具体作用机制和影响方式如下所示：

内分泌疾病

•高甲状旁腺功能 → 胃肠Ca²⁺升高→ 钙竞争性抑制Mg再吸收；

•抗利尿激素分泌异常会伴随低钠低镁症；

•糖尿病性肾病 → 高血糖引起渗透性利尿与电解质丢失。

酒精性肾损伤

•乙醇抑制肾小管再吸收并引发代谢性酸中毒，促使镁随尿排出。

•慢性酗酒者血镁常降低 20–30%。

⑷代谢与激素调控缺陷

甲状旁腺及维生素D轴异常

•Mg 是‌PTH（甲状旁腺激素）‌分泌与受体敏感性所必需的辅因子；

•缺镁→ PTH 分泌减少 + 靶器官抵抗 → 继发性低钙血症；

•维生素D活化需要Mg依赖性羟化酶（25‑和 1α‑羟化酶）。

遗传性离子通道缺陷

•TRPM6、CNNM2、SLC41A1 突变可致原发性家族性低镁血症；多合并癫痫、智力低下、低钙。

•Gitelman、Bartter 综合征：肾小管Mg‑Ca转运障碍。

⑸其他因素

应激与慢性炎症

•慢性应激激活下丘脑-垂体-肾上腺轴，升高皮质醇 → 增强镁排泄；

•炎性细胞因子（IL‑6、TNF‑α）会下调Mg转运体表达。

酒精与咖啡因

•酒精会促进尿镁排泄，抑制胃肠吸收；

•咖啡因增加肾小管滤过率，加速镁流失。

高钙补充剂及磷酸盐过量

•过高钙/磷摄入形成不溶性Mg盐，减少吸收。

⑹老龄化

吸收能力下降

随着年龄增长，小肠对镁的吸收效率降低。

肾功能减退

老年人肾脏重吸收镁的能力下降，排泄量增加。

饮食摄入不足

食欲减退、饮食单一或牙口问题常导致镁摄入不足。

药物干扰

老年人常用的利尿剂、质子泵抑制剂等药物会促进镁流失。

慢性疾病影响

糖尿病、胃肠疾病等常见老年病可进一步加重镁缺乏。

03
镁缺乏的症状及其对健康的影响

多项研究与临床证据表明，镁缺乏在全球范围内普遍存在且常被低估。

▸ 镁缺乏的患病率

大约10–25%的人群血镁浓度低于正常参考值（<0.75 mmol/L），并且不同人群镁缺乏的发生率不同。我们总结在下表中：

▸ 镁缺乏的主要症状

▸ 早期阶段（轻度缺乏）

镁水平轻度下降时，症状往往隐蔽而非特异性。常见表现包括：

•精力不足、易疲劳、注意力不集中；

•失眠或睡眠浅、焦虑、易怒、情绪波动；

•偶尔出现肌肉轻微抽搐、眼皮跳、手脚麻感；

•食欲减退或轻微便秘。

此阶段多数人并未意识到与镁有关，但代谢系统和神经功能已开始受到影响。

▸ 加重阶段（中至重度缺乏）

当缺镁持续或加重时，细胞功能紊乱导致全身性症状明显加剧：

•持续肌肉痉挛、抽筋或手足震颤；

•心悸、脉搏不齐、胸闷等心律异常表现；

•明显的神经兴奋性亢进，可出现焦虑、抑郁、甚至轻度意识障碍；

•持续疲劳、虚弱无力，运动耐力下降；

•骨骼变脆、骨痛或骨密度下降；

•代谢紊乱，如胰岛素抵抗、血糖波动、钙钾失衡。

▸ 严重阶段（临床性缺镁）

若缺乏未得到纠正，体内镁储备枯竭，可引发严重后果：

•明显心律失常、心肌功能障碍；

•痉挛性抽搐或癫痫样发作；

•电解质紊乱同时出现（低钙、低钾）；

•严重者可能出现意识混乱、昏迷或猝死。

镁缺乏对人体健康的影响是全身性和多层面的。作为重要矿物质，镁在能量代谢、神经传导、心肌收缩、骨骼形成及免疫调节中均发挥关键作用。

当体内镁水平下降时，不仅会引起疲乏、肌肉痉挛、情绪不稳等早期症状，还会干扰糖代谢、增加心血管风险、促进慢性炎症及加速细胞老化。长期缺镁更与高血压、糖尿病、动脉硬化、骨质疏松以及神经退行性疾病等多种慢性病密切相关，显示出镁在维持机体整体稳态中的核心意义。

1
对神经系统与心理健康的影响

√神经兴奋性增强：

镁是调节神经膜电位和 NMDA 受体活性的重要离子，缺乏镁会使神经细胞过度兴奋，易导致焦虑、易怒、失眠及肌肉抽搐等症状。

√抑郁与焦虑关联：

镁缺乏可影响血清素和 GABA 的合成与受体功能，是抑郁症和焦虑症的重要生化基础。多项研究显示，低镁个体中抑郁风险增加20–40%。

√认知功能退化与神经退行性疾病：

•镁缺乏可促进 β‑淀粉样蛋白沉积、线粒体功能下降和突触丢失，与阿尔茨海默病病理密切相关。

•多项长期随访研究发现，血镁水平较低者认知下降速度更快，发生痴呆的风险增加约 20–40%。

注意：不同研究之间结果存在一定差异，上述数值多基于观测性研究，这里相关性而非严格因果。

2
对心血管系统的影响

√心律失常与电生理紊乱：

镁是维持心肌膜稳定性和钾钙平衡的关键元素。缺镁会导致室性早搏、房颤等心律失常发生率上升。

√高血压与动脉硬化：

镁具有血管舒张作用，可抑制钙离子内流、降低血管张力。缺镁使血管平滑肌收缩增强，从而促进高血压和动脉硬化的形成。

√心血管疾病事件风险上升：

大规模临床研究表明，血镁水平低于 0.75 mmol/L 的人群，其冠心病和突然心源性死亡风险增加 30–50%。

3
对骨骼和肌肉系统的影响

√骨质疏松与骨代谢障碍：
镁与钙、维生素 D 协同调控骨骼矿化。长期缺镁会降低成骨细胞活性并促进破骨。文献显示，低镁摄入可使骨密度下降约 5–8%。

√肌肉功能障碍：

缺镁常导致肌肉过度兴奋，表现为抽筋、痉挛、震颤、肌无力等症。严重时可引发横纹肌溶解。

4
对代谢与内分泌系统的影响

√胰岛素抵抗与糖尿病：

•镁是葡萄糖代谢关键酶的辅因子，缺镁会削弱胰岛素信号传导。

•部分研究显示，在低镁个体中，胰岛素敏感性可下降约 25–30%；2型糖尿病患者中约 1/3 存在血镁或细胞内镁下降。

√脂质代谢异常：

镁不足会增加甘油三酯与低密度脂蛋白(LDL)水平，降低高密度脂蛋白(HDL)水平，促进脂肪肝和动脉粥样硬化进程。

√内分泌紊乱：

镁参与皮质醇、甲状腺素及性激素的合成，其缺乏可导致应激反应过度、月经紊乱、骨质丢失加剧。

5
对免疫系统与炎症反应的影响

√慢性低度炎症：

•低镁状态会激活免疫细胞，升高 CRP、IL‑6、TNF‑α 等炎症标志物。
•长期炎症反应被认为是多种代谢性疾病和衰老过程的共同基础。

镁缺乏通过多种信号通路引发炎症

√免疫失衡与感染易感性：

镁缺乏削弱先天及获得性免疫反应，老年群体更易发生感染。

6
对呼吸系统的影响

√平滑肌功能紊乱与支气管高反应性：

镁能抑制钙离子进入平滑肌细胞，促进支气管舒张。缺镁时支气管平滑肌紧张度上升，气道收缩反应增强，易诱发或加重哮喘和慢性阻塞性肺疾病（COPD）。

多项研究发现，哮喘患者的血镁水平显著低于正常人群；在部分严重急性哮喘、对常规支气管扩张剂疗效欠佳的患者中，静脉硫酸镁可作为辅助治疗，有研究提示可改善肺功能与症状。

√呼吸衰竭与重症结局风险：

在重症监护人群中，低血镁与呼吸衰竭发生率及机械通气时间延长显著相关。有研究强调，老年‌COPD（慢性阻塞性肺疾病）患者中缺镁率可达 45–65%。

7
对衰老与细胞层面的影响

√线粒体功能下降：

镁是 ATP 合成复合物的重要组成部分，缺乏镁会直接影响能量代谢效率并促进氧化应激。

√DNA 稳定性与端粒退化：
镁是 DNA 聚合酶与修复酶的关键辅因子。缺乏镁导致 DNA 损伤积累与端粒缩短，加速细胞老化。

√细胞衰老信号激活：
镁缺乏可上调 p53、NF‑κB、MAPK 信号通路，促进细胞衰老及炎症反应。

8
对其他系统的影响

√电解质紊乱：

缺镁常伴随低钾血症和低钙血症，因为镁调节钙钾通道活性。若未及时纠正镁缺乏，补钾或补钙疗效有限。

√胃肠道与消化功能减退：
低镁可导致胃肠蠕动缓慢、食欲低下和长期便秘。

√妊娠期并发症风险增加：

妊娠缺镁与先兆子痫、胎儿生长受限及早产风险上升有关。

04
镁对肠道微生态及菌群的影响

除了对神经、心血管、骨骼和代谢等系统具有广泛影响外，镁还在维持肠道微生态平衡中发挥关键作用。研究表明，镁不仅调节宿主代谢和免疫功能，还直接影响肠道微生物的组成与活性。

肠道微生态是人体健康的重要调控因素，参与营养吸收、代谢调节、免疫稳态及神经—肠轴信号传导，对整体生理平衡至关重要。

镁对肠道微生态的影响可分为两种情况：既包括镁缺乏状态下的不利变化，也涵盖过量摄入时的微环境干扰。但在实际人群中，镁缺乏更为常见且影响更显著。

肠道微生物与镁之间的联系

★ 镁主要通过三大途径调控肠道微生物

•直接离子效应：影响细菌膜电位、ATP合成酶及多种金属依赖酶的活性。

•间接宿主效应：通过上皮屏障、黏液层厚度、免疫细胞激活及pH变化改变菌群生态位。

•代谢共生效应：与短链脂肪酸、胆汁酸、氨基酸代谢互作，调节菌群能量网络结构。

▸ 镁缺乏对肠道微生态的影响

我们通过查阅和整理多篇相关研究文献，对镁缺乏与肠道微生态之间的关系进行了系统分析与比较，总结出镁缺乏对肠道微生态的主要影响如下：

▸ 总体特征

•α-多样性下降（Shannon 与 Chao1 指数显著降低）；

•β-多样性结构偏移；

•微生物群表现出“致炎生态型”特征；

•Firmicutes/Bacteroidetes（F/B）比例上升，典型菌群表现为条件致病菌扩张。

▸ 主要菌属变化

​

▸ 代谢通路与产物变化

短链脂肪酸（SCFAs）水平下降：

•丁酸盐水平下降40–60%；

•丙酸盐水平下降；

•乙酸盐水平略降或不变。

氨基酸与氮代谢紊乱：

•蛋白质/氨基酸发酵菌扩张，支链脂肪酸升高；

•伴随氨、硫化氢（H₂S）和吲哚产物增加，引发局部上皮炎症。

胆汁酸代谢改变：

•Desulfovibrio 扩张促进次级胆汁酸（如脱氧胆酸、石胆酸）升高；
•抑制黏液层再生并促进炎症。

氧化还原平衡破坏：

•低镁降低过氧化氢酶与超氧化物歧化酶活性，造成还原应激环境，偏好肠杆菌科。

宿主相互代谢效应：

•降低肠道TRPM6/7表达（镁吸收能力进一步下降）；

•形成“缺镁—菌群紊乱—炎症—吸收障碍”的恶性循环。

▸ 对肠道微生态和整体健康的影响

肠屏障受损与“肠漏”效应：

•缺镁小鼠肠道紧密连接蛋白（ZO‑1、Occludin）显著下降，肠道通透性增加，血浆脂多糖浓度升高；这促发系统性炎症及肝脏TNF‑α、IL‑6表达上升。

慢性炎症与免疫激活：

•镁缺乏促进单核细胞浸润、NF‑κB信号及细胞因子（TNF‑α、IL‑1β）上调，形成“肠—免疫炎症环”。

代谢与系统影响：

•长期缺镁相关菌群变化与胰岛素抵抗、肥胖有高度相关性（增多的 SMB53、Turicibacter 报告于低镁和肥胖模型中）。

•同时，产丁酸菌减少可能加剧代谢综合征风险，损害肠代谢稳态。

▸ 镁过量对肠道微生态的影响

通常，短期补充镁不会造成体内过量，因为机体具有良好的调节与排泄功能。然而，若长期高剂量摄入或肾功能受限，仍可能导致镁积累，进而扰乱肠道渗透压与离子平衡，影响微生物群的结构与代谢活动。

▸ 极高剂量会扰乱生态稳态

轻度镁富集（生理范围上限）可促进有益菌，但极高剂量可扰乱生态稳态。

▸ 高镁环境也改变了微生物的代谢

高镁环境重塑了肠道菌群的代谢谱，使代谢活动偏向能量储存与抗氧化代谢强化。

KEGG 与 PICRUSt2 功能预测显示，高镁饮食促进“糖代谢”（glycolysis）、“戊糖磷酸通路”（PPP）与“脂肪酸β氧化”相关基因丰度上升。与此同时，丙酮酸代谢和丁酸代谢略下降，提示产能途径更侧重于快速代谢而非发酵稳定性。

高镁显著上调谷胱甘肽代谢（glutathione metabolism）与嘌呤代谢，表明抗氧化能力增强。但同时，色氨酸→吲哚代谢途径增强，部分产物可调控免疫及神经—肠轴。

编者小结

总体而言，镁对肠道微生物群的影响取决于剂量与持续时间。

镁缺乏通常导致有益菌如双歧杆菌和产丁酸菌减少，而条件致病菌如肠杆菌科增多，引发短链脂肪酸生成下降、肠屏障受损及慢性炎症反应。

适度高镁摄入（生理上限范围内） 可促进益生菌如 Lactobacillus 和 AKK菌增殖，提升多样性，增强肠屏障与抗氧化防御。

长期或过高剂量则可能干扰渗透平衡，减少部分厌氧产丁酸菌，导致短暂微生态波动和通便反应。

因此，维持肠道内镁水平在适宜范围，是确保微生态稳态与代谢健康的关键条件：不足易致炎，过量则扰稳，唯有平衡方能良性共生。

05
微生态力量：肠道菌群如何影响镁的吸收与利用

上文我们提到，镁不仅能够通过多种途径影响肠道微生态的平衡与整体健康状态，但这种关系并不是单向的。实际上，镁与肠道菌群之间存在一种紧密而动态的双向作用关系。肠道菌群的组成和代谢活动同样会反过来调节镁在体内的吸收与利用效率，从而共同维持机体的营养稳态与代谢平衡。

人体镁吸收主要发生在小肠（回肠和空肠）与结肠，包含两条途径：

被动扩散：依赖浓度梯度；约占吸收总量的 80–90%。

主动转运：由肠上皮细胞内的TRPM6、TRPM7通道调控，在低镁环境下尤为重要。

人体肠道矿物质吸收

★ 肠道微生物群是影响镁吸收利用的重要因素

而近十年研究表明，肠道微生物群是第三个决定性因素，通过影响肠环境的理化条件、代谢产物和宿主转运通路，系统地调控镁的生物利用度。

▸ 肠道菌群影响镁吸收的主要机制

⑴调节肠腔环境（pH与溶解度）

•产酸菌（如 Lactobacillus、Bifidobacterium）通过发酵碳水化合物生成短链脂肪酸（SCFAs）——乙酸、丙酸、丁酸。

•SCFAs 降低肠腔 pH，使难溶性镁盐（如Mg(OH)₂、Mg₂PO₄）溶解度升高，从而促进镁离子化，提高吸收效率。

•酸性环境还刺激肠上皮表达钙/镁通道蛋白（TRPM6/7）及螯合肽转运体，从而增强主动摄取能力。

⑵短链脂肪酸促进上皮转运

短链脂肪酸可激活肠上皮 GPR43/GPR109A 受体，增强细胞紧密连接蛋白（ZO‑1、occludin）表达，改善屏障完整性，使镁离子有效跨膜转移。

乙酸与丙酸促进钠依赖型共转运（Na⁺/Mg²⁺ exchang），间接提升镁摄取。

注：有研究指出：丁酸在过高浓度条件下会通过抑制TRPM6通道电流，会降低Mg²⁺跨上皮细胞通量。该效应具有剂量依赖性双向调节特征——低浓度丁酸有利于吸收，而过高浓度则抑制。

因此，短链脂肪酸总体上促进镁吸收，但丁酸对TRPM6的局部抑制提示了菌群平衡对镁代谢的微妙调控关系。

⑶菌群代谢物与转运信号互作

•肠菌产物如多胺（腐胺、精胺）可通过调控AMPK和ERK信号通路促进TRPM6转录。

•粘蛋白降解菌 (Akkermansia muciniphila) 可增强上皮再生，维持适宜的吸收表面积与紧密连接。

•此外，一些细菌通过产生螯合有机酸（柠檬酸、乳酸）可形成可吸收镁螯合物，显著提高生物利用度。

⑷益生菌直接吸附与释放作用

•多种益生菌细胞壁富含带负电的羧基（COO⁻）与磷酸基（PO₄²⁻），能暂时结合Mg²⁺。

•在酸性环境中，结合的镁离子再被逐步释放，有助于维持小肠近端镁浓度梯度。

•Lactobacillus plantarum与Bifidobacterium longum 对镁的吸附容量尤高，故被视为“镁生物富集菌”。

⑸肠道微生物影响肠黏膜的吸收能力

有研究发现莲子抗性淀粉可增加Lactobacillus、Ruminococcus 丰度，SCFAs升高50–60%，并改善绒毛高度与微绒毛密度。

与对照组相比，小鼠肠道镁、钙吸收率分别提高约30%与25%。说明膳食诱导的菌群改善能通过结构性（形态学）重塑增强矿物吸收能力。

⑹肠—菌—宿主信号反馈调节

•微生物群通过信号环路调控肠上皮基因表达：提高 TRPM6、CLDN15（紧密连接蛋白）与 SLC41A1（镁排出转运体）转录水平，使吸收与细胞出口协调。同时通过产生代谢信号（如吲哚衍生物、丁酸）影响上皮AMPK和Nrf2通路，调节能量与氧化还原状态，从而间接优化镁吸收条件。

•微生物组成改变还能影响胆酸代谢与黏膜黏液厚度，这两者共同决定离子交换界面的有效面积与pH稳定性。

▸ 肠道菌群与镁利用的全身效应

⑴肝门循环途径调节

部分短链脂肪酸（SCFAs）被肠道上皮吸收后通过门静脉进入肝脏，在肝细胞内可上调镁稳态相关蛋白，即CNNM家族成员的表达，从而增强肝脏对镁离子的储存与调控功能。

这一过程在维持全身镁平衡中起着重要作用，有助于调节系统性储镁能力并保证体内镁稳态的稳定。

⑵肾脏再吸收作用

目前在动物模型和体外实验中观察到：肠道菌群产生的代谢产物，尤其是丙酸，在被吸收入血后能够激活宿主的PXR受体信号通路，从而促进肾脏中TRPM7通道蛋白的表达水平上升。通过这种分子途径，肠源代谢信号间接改变了肾脏对镁离子的再吸收与排泄能力，使镁的排泄率得到动态调节，进而参与维持全身镁稳态。

⑶免疫效应层面

健康的肠道菌群能够有效维持低炎症的内环境，抑制过度的免疫反应，从而减少由TNF‑α介导的TRPM6通道蛋白内化过程。通过保持TRPM6的稳定表达与功能活性，肠道上皮细胞得以持续高效地吸收镁离子，从整体上提升机体对镁的长期吸收效率与稳态维持能力。

▸ 肠道微生物紊乱与镁吸收障碍

当肠道菌群的平衡被打破时，例如在长期或不当使用抗生素、高脂饮食摄入过多、或发生炎症性肠病等情况下，肠道微生态的稳定性受到显著干扰，进而引发一系列连锁反应。

⑴Mg²⁺ 盐溶解性下降

首先，短链脂肪酸（SCFAs）的生成量明显下降，使得肠道内容物酸度降低，肠腔pH值常升高至7以上，从而导致镁盐溶解度下降并出现沉淀，削弱了可吸收镁离子的供给。

⑵TRPM6/7 下调，吸收效率降低

其次，肠上皮细胞中TRPM6通道的表达受到抑制，导致活性吸收途径效率降低，同时肠屏障的渗透性增强，离子外漏和炎性反应趋于加剧。

⑶长期失衡引发低镁血症

若这种失衡状态长期持续，则可能引发系统性低镁血症，进而影响机体的能量代谢与细胞信号传导，引起继发性代谢紊乱，如胰岛素抵抗的形成及炎症反应的持续增强，最终损害整体代谢健康。

肠道微生物群通过多层次机制深刻调控镁的吸收与利用，是维持机体镁稳态的关键生物学因素。健康的菌群结构可通过发酵产生短链脂肪酸，降低肠腔pH、增强镁盐溶解度，并上调肠上皮镁转运通道（如TRPM6/7）的表达，从而促进镁离子高效吸收。同时，益生菌的代谢活动改善肠屏障功能，抑制炎症介导的通道降解，维持镁吸收持续进行。

相反，当菌群失衡时，SCFA水平下降、肠道环境碱化以及通道表达受抑，会显著降低镁的生物利用度，甚至引发系统性低镁血症及代谢功能障碍。

因此，保持菌群多样性与代谢平衡，对优化镁吸收与全身代谢健康具有重要意义。

06
测定人体镁含量的方法

当前评估体内镁含量的方法可分为直接测定法与间接评估法两大类。每种方法在反映镁状态的敏感性、特异性及可行性方面各具优缺点。

1
血清（血浆）镁浓度测定

原理： 直接测定外周血清或血浆中的总镁离子含量，是临床常用的基础方法。
常用标准值：0.75–0.95 mmol/L（或1.8–2.3 mg/dL）。

优点：

•操作简便、成本低，可通过常规化学或光谱分析快速获得结果；

•适用于急性临床监测，如电解质紊乱、肾功能异常等情况。

缺点：

•仅反映体内总镁的约 1% ，对镁储备状态敏感性极低；

•血镁浓度受饮食、激素水平、肾功能和血液稀释度影响明显；

•在轻度缺镁或慢性低镁状态下常表现为“假正常”，容易漏诊。

2
红细胞镁（RBC Mg）测定

原理： 测量红细胞内镁离子浓度，更能反映细胞内镁水平。

优点：

•与组织镁含量和代谢活性状态相关性较强；

•适用于慢性缺镁、糖尿病、心血管疾病人群的研究。

缺点：

•样本分离流程复杂，需即时离心处理；

•红细胞寿命较长，难以反映短期动态变化；

•测定标准化程度低，不同实验室间的可比性较差。

3
离子镁（Mg²⁺）检测

原理： 直接测量血液中自由镁离子（生物活性形式）浓度，利用离子选择电极或离子色谱法。

优点：

•能准确反映生理活性镁水平，比总镁更具临床相关性；

•在重症监护、心律失常管理中应用价值高。

缺点：

•仪器昂贵，检测条件严格（需无空气暴露、控制pH和温度）；

•样品保存与运输难度高，不适合集大样本研究。

4
尿镁排泄测定

原理： 通过24小时尿液或随机尿镁/肌酐比评估肾脏排镁功能。

优点：

•可判断低镁状态来源：分辨肾性镁丢失与摄入不足；

•利于药物（如利尿剂、铂类药物）诱导的电解质异常评估。

缺点：

•尿镁受肾小管功能、摄水量与饮食镁摄入影响大；

•单次检测波动性强，需与血镁水平联合判断。

5
骨骼或肌肉镁测定

原理：镁的大部分储存在骨骼和肌细胞中，采用骨活检或肌肉组织分析评估体内总储镁。

优点：

•最能代表全身镁储备量，是研究性“金标准”。

缺点：

•操作侵入性强、成本高，不适合常规临床使用；

•检测周期长，临床价值主要局限于科研应用。

6
非侵入性或间接评估方法

包括： 饮食问卷（FFQ）、头发镁、指甲镁或唾液镁检测。

优点：

•采样方便，可用于营养流行病学调查；

•能反映长期摄入趋势。

缺点：

•与生理有效镁缺乏相关性弱；

•易受环境污染、样品处理影响，数据可靠性不足。

综合来看，血清镁是初筛与临床常规监测的首选指标，而红细胞镁与离子化镁更适用于研究或特殊人群诊断。若需明确镁缺乏性质，应结合尿镁排泄、饮食摄入评估及必要的负荷试验，以全面评价机体镁稳态。

未来研究趋势正向多指标综合模型发展，结合代谢组学与离子组学数据，可更真实反映体内镁的动态分布及生理活性状态。

07
改善低镁状态的策略

当我们了解到自身存在镁缺乏的情况时，就需要采取一些切实可行的方法来进行有效补充，以帮助身体恢复正常的镁平衡状态。

那么，在我们的日常饮食与生活习惯中，都有哪些常见且实用的途径能够帮助增加镁的摄入量、促进吸收与利用呢？接下来，让我们一起了解这些改善低镁状态的方法。

1
优化饮食结构提高镁摄入与吸收

√富镁食物摄入

•主要来源包括：深绿色叶菜（菠菜、羽衣甘蓝）、全谷物、豆类、坚果（杏仁、腰果）和种子（南瓜籽、亚麻籽）。

•海产品（三文鱼、海藻、贝类）和黑巧克力中亦含有高可溶性镁。

•膳食模式建议：遵循地中海式或DASH饮食可显著提升镁摄入并改善心代谢健康。

√避免阻碍吸收的膳食因素

•过量膳食脂肪、草酸（如菠菜、甜菜）、植酸（谷物外皮）和高磷饮食会与镁形成难溶盐，降低吸收率。

•过量钙、酒精、咖啡因及精制糖也会削弱肠镁吸收或加速排泄。

镁和饮食

2
调整肠道微生态

√益生菌补充：

部分菌株（如Lactobacillus plantarum、Bifidobacterium longum）具有生物螯合和离子交换能力，能直接结合或转运镁离子，并改善肠环境酸度、增强屏障功能并提高镁吸收。

​

√益生元摄入：

•菊粉、抗性淀粉、低聚半乳糖等促进有益菌生长与SCFA生成；与镁补充剂合用可产生“协同吸收效应”。

•天然食材包括菊苣根、洋葱、香蕉、燕麦、抗性玉米淀粉及豆类。

√合生元策略：

•将益生菌与益生元联合应用，持续重构菌群结构，稳定镁吸收体系。

•常见组合为 Lactobacillus rhamnosus+菊粉，或 Bifidobacterium bifidum+低聚果糖。

3
合理的镁补充剂

常用镁补充剂类型与吸收特征：

√与其他补充剂可能存在竞争或协同作用：

•维生素D与镁存在协同作用：D₃促进TRPM6表达并增强肠吸收。

•避免同时与高钙或铁补充剂同服，以减少竞争性吸收。

√特殊人群调节方案：

•老年人：胃酸分泌低、吸收率下降，应选择有机镁盐并配合益生菌。

•肾功能受损者：慎用高剂量补充，监测血镁。

•糖尿病与代谢综合征患者：镁可改善胰岛素敏感性，推荐持续低剂量补充。

4
促进镁利用减少体内丢失

√控制促镁排泄因素：

•减少长期使用袢利尿剂、质子泵抑制剂（PPI）和胰岛素过量。

•控制高醇饮用与慢性应激，因皮质醇及儿茶酚胺可显著促进镁排泄。

√维持酸碱平衡与肾功能健康：

•酸负荷饮食（高蛋白、高磷）会增加尿镁流失；适当碱化饮食（蔬果丰富）有助保镁。

•保证充足水合状态，稳定肾小管重吸收。

√协同营养素支持：

•维生素B₆：促进镁向细胞内转运。

•维生素D：增强肠镁吸收及骨镁沉积。

•钾水平充足也有助于稳定细胞内镁含量。

5
重视长期个性化健康

√联合评估与动态调整：

•定期监测血清镁、尿镁及相关代谢指标（葡萄糖、CRP、肾功能）。

•使用生物可利用性更高的镁盐并结合饮食优化，可在8–12周显著改善低镁状态。

√持续干预与个体化方案：

•长期追踪应以低剂量持续，而非短期高剂量“冲击补充”；

•根据个体肠道菌群、代谢状态及药物使用情况调整补充途径与剂型。

结语

镁不仅是基础营养素，更是连接营养代谢、肠道微生态与整体健康的关键枢纽。鉴于其在人体代谢和系统调整中的诸多作用，镁有望作为代谢紊乱的潜在标志物。镁稳态的失衡可能预示心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、胃肠道疾病或肾病、骨质疏松及慢性炎症等多种疾病风险的早期信号。

值得注意的是，近年来肠道微生物群在镁吸收、储存与代谢调控中的重要作用逐渐被揭示。菌群不仅影响了镁的生物利用效率，还通过其代谢产物影响宿主的免疫、炎症及能量代谢网络。

未来的健康干预方向应超越单纯的营养补充，转向以微生态调节为核心的“营养—菌群—代谢”综合模式。通过益生菌、益生元及合生元的个体化应用，可实现镁吸收效率的长期优化，并间接改善血糖、血压及炎症状态，从而强化整体健康管理。

深入研究镁与菌群互作的分子机制，将为精准营养学、代谢疾病防控及功能性食品研发提供新的理论支撑。构建以肠道生态平衡为基础的镁稳态干预体系，或将成为促进健康老龄化、预防慢性病及实现个体化营养治疗的发展方向。镁与菌群的协同作用，不仅代表了一种新的营养理念，更是未来健康科学从“补充”走向“调控”的关键转折点。