【感染科普笔记2024-4-5】探秘病原微生物专栏丨关于“核污水”事件“热心肠”有话说

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作者：陈怡丽（中山大学附属第一医院）/赖明平（广东医科大学医学技术学院）
审核：蓝雪0816
2011年3月11日日本东北太平洋地区发生里氏9.0级地震，继发生海啸，该地震导致福岛第一核电站、福岛第二核电站受到严重的影响。3月12日，日本经济产业省原子能安全和保安院宣布，受地震影响，福岛第一核电厂的放射性物质泄漏到外部。2021年4月13日，日本政府正式决定将福岛第一核电站上百万吨核污染水排入大海。12月21日，东京电力公司将向日本原子能规制委员会提出福岛第一核电站核污染水排海计划申请。2023年8月24日首次核废水排海，到目前已经完成了第四轮福岛核污染水排海，下一轮排海可能从4月开始。日本核污水排海给海洋环境和生态环境造成的破坏已经是和尚头上的虱子，明摆在那里。给每一个个体又会造成什么样的伤害呢，看看我们肚子里的“热心肠”怎么说。

一、肚子里有“热心肠”在人体胃肠道内生活着丰富的微生物，其中包括细菌、真菌和病毒等，其总重量可达1.5kg，几乎是一个人肝脏的重量了，我们称之为“肠道菌群”。


肠道菌群在我们的身体里扮演非常重要的角色，从我们出生起肠道菌群就在我们的胃肠道里定植、生长和繁衍，但他们并非“白嫖怪”，而是还有多方面有益的作用。

• 肠道菌群能帮助我们消化代谢纤维素、淀粉质等难以消化的成分，合成维生素、短链脂肪酸等重要的营养成分。
• 肠道菌群能占据肠道空间，抵抗外来致病菌的入侵，维持肠道微环境的动态平衡。
  

图片引自网络每种细菌产生的代谢产物及其生理功能如下表：表1 肠道菌群代谢物及其功能一览


二、“核污水”都含啥对于近段时间闹得沸沸扬扬的日本“核污水”排海事件，各位“热心肠”们非常生气！


核污水辐射成分：氚、铯-134、铯-137、碘-129、锶-90、钴-60、碳-14。如以上成分大量进入自然环境，或者通过海产品等途径进入人体，将导致人体的代谢性疾病、急性造血综合征、胃肠综合征和免疫系统疾病，甚至是癌症及遗传问题！
三、肠菌“遭逢大劫”

• 自医疗暴露、放射性药物应用、切尔诺贝利灾难、环境辐射污染的研究证据表明，肠道菌群与核污染物电离辐射引起的损害之间存在着密切的关联[1]。
• 电离辐射不仅仅对肠道产生直接影响，还对肠道菌群的组成和功能产生影响，如肠道菌群多样性下降、有益菌减少、有害菌如变形菌、梭菌属等富集[2]。
• 临床上较常见的，放射性肠炎就是电离辐射对健康的不良影响之一，普雷沃氏菌属、巨单胞菌属等在放射性肠炎中显著富集[3]。
  

四、放射性肠炎

• 什么是放射性肠炎呢？放射性肠炎是盆腔、腹腔、腹膜后恶性肿瘤经放射治疗引起的肠道并发症。当人体处于过量或者长期的核污染电离辐射同样可以引起放射性肠炎的发生。
• 放射性肠炎有什么临床表现呢？急性放射性肠炎表现为恶心、呕吐、腹痛、腹泻、大便次数增多、粪便呈粘液、脓血、甚至死亡；慢性放射性肠炎则表现为慢性肠梗阻、肠穿孔、瘘管、脓肿。
  

一项关于微生物群与急性/晚期放射性肠病相关性的临床研究收集了134名受试者的粪便样本，基于16S rRNA 测序对放疗过程中肠道菌群的总体情况进行了分析[3]。结果表明，随着放疗进行，患者的肠道菌群多样性逐渐降低，并且表现出与晚期放射性肠病程度成正相关的特征。
放射性肠病患者的罗氏菌属（Roseburia）、菌属Ⅳ（Clostridium Ⅳ）栖粪杆菌属（Faecalibacterium）菌群相对丰度明显增加。同时，与微生物群调节和肠壁维持相关的稳态肠黏膜细胞因子（IL-7，IL-12/IL-23p40，IL-16，IL-15）明显减少。IL-15与罗氏菌属和丙酸杆菌属（Propionibacterium）的丰度呈负相关，表明肠道微生物可能与腹部或盆腔照射引发的急性和晚期放射性肠病有关。
五、“热心肠”中也有“刀枪不入”的金刚不坏之身在电离辐射对肠道菌群影响的相关研究中，研究人员也发现了一些好消息，肠道菌群并不是总是受害者，其中一些特殊的“精英肠道菌群”，似乎有能力帮助我们抵抗电离辐射的伤害。
2020年，来自美国北卡罗拉纳大学教堂山分校的研究人员在《SCIENCE》上发表的一篇文章[4]，揭示了肠道微生物群及其代谢产物在电离辐射中的保护作用。
该研究的对象为一群从高剂量辐射中恢复正常并以正常寿命存活的小鼠。其体内由独特肠道微生物群组成的“精英幸存者”（肠道菌群）是在辐射后形成的，可以保护无菌和传统饲养的小鼠免受辐射引起的损伤和死亡。
在该研究中发现，毛螺菌科Lachnospiraceae和肠球菌科Enterococcaceae可以保护小鼠抵抗辐射引起的造血系统和肠道系统的损伤，从而在致死剂量的辐射后存活下来。


图1 有益菌抗辐射作用机制
这些“有益菌”通过产生大量的短链脂肪酸和色氨酸代谢通路的代谢产物来促进造血发生以及肠道损伤修复，从而帮助机体抵抗辐射引起的损伤和死亡。丙酸以及两种色氨酸途径代谢物吲哚-3-甲醛（I3A）和犬尿喹啉酸（KYNA）在精英肠道菌群中升高，并提供长期的辐射保护。
六、益生菌与益生元几种有抗辐射作用的益生菌、益生元及其作用机制：

• 乳杆菌属嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）对受到有限辐射（≤15 Gy）损伤的小肠黏膜有缩短恢复时间的作用，但对超过20 Gy的辐射无效；其通过改善肠道干细胞功能和细胞分化来增强肠道上皮功能，从而减轻辐射引起的肠道损伤。植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）可以通过激活肠上皮细胞中的FXR-FGF15信号来缓解辐射引起的肠道损伤，从而防止小鼠死于辐射。皇家乳杆菌（Lactobacillus royale）通过释放IL-22来预防和减轻辐射毒性。
• 普拉梭菌Faecalibacterium prausnitzii具有抗炎作用，在治疗炎症性肠病（IBD）和结肠炎方面发挥重要作用。研究发现，与健康人相比，患有IBD的患者中普拉梭菌的丰度减少。在局部照射29 Gy后的3天内，在大鼠体内口服普拉梭菌 A2-165菌株可以减轻隐窝形态学变化的严重程度，保护干/祖细胞和增殖上皮隐窝细胞的数量，并增加结肠隐窝上皮细胞产生的IL-18的产量。
• 益生元魔芋葡甘聚糖是一种天然大分子和可溶性膳食纤维，用于对抗电离辐射诱导的损伤。口服魔芋葡甘聚糖通过调节肠道微生物群和增加短链脂肪酸来预防电离辐射引起的损伤。魔芋葡甘聚糖作为一种益生元，可以增强肠道微生物群中益生菌数量和短链脂肪酸的产生，维持肠道稳态。魔芋葡甘聚糖还能抑制辐照后人肠上皮细胞的凋亡。
  
  

图2 魔芋葡甘聚糖（图片引自网络）
七、小结

• “核污水”事件势必会对我们的肠道微环境造成极大的不良影响，如肠道菌群紊乱等，其中典型的例子便是放射性肠炎。
• 放射性肠炎患者肠道菌群多样性逐渐降低，与微生物群调节和肠壁维持相关的稳态肠黏膜细胞因子明显减少。
• 通过补充特定的益生菌、益生元帮助我们抵抗辐射，这也为我们治疗临床放射性肠炎等放疗辐射的副作用提供一定的治疗思路。
  

参考文献：[1] Guo H, Chou WC, Lai Y, et al. Multi-omics analyses of radiation survivors identify radioprotective microbes and metabolites. Science. 2020;370(6516):eaay9097. doi:10.1126/science.aay9097[2] 王琳, 潘飞, 彭丽华. 肠道微生态在放射性肠炎防治中的研究进展 [J] . 中华内科杂志, 2023, 62(2) : 206-211. DOI: 10.3760/cma.j.cn112138-20220721-00535.[3] Reis Ferreira M, Andreyev HJN, Mohammed K, et al. Microbiota- and Radiotherapy-Induced Gastrointestinal Side-Effects (MARS) Study: A Large Pilot Study of the Microbiome in Acute and Late-Radiation Enteropathy. Clin Cancer Res. 2019;25(21):6487-6500. doi:10.1158/1078-0432.CCR-19-0960[4] Guo H, Chou WC, Lai Y, et al. Multi-omics analyses of radiation survivors identify radioprotective microbes and metabolites. Science. 2020;370(6516):eaay9097. doi:10.1126/science.aay9097相关阅读
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高山雪莲W

学习了这篇文章，进一步认识到核污水对人体危害挺大，如对我们的肠道微环境造成极大的不良影响，如肠道菌群紊乱等，引起放射性肠炎。
放射性肠炎患者肠道菌群多样性逐渐降低，与微生物群调节和肠壁维持相关的稳态肠黏膜细胞因子明显减少。
也提出对策：通过补充特定的益生菌、益生元帮助我们抵抗辐射。