编译：Sunshine，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读
食品污染物是指在食品准备过程中意外引入的食品成分。它们除了对人体健康有不同程度的直接毒性影响外，还影响肠道微生物区系的组成和功能。会导致与人体许多方面相关的新陈代谢紊乱。食品在农业或加工过程中会受到物理、化学或生物因素的毒害。这些外来物质会引起广泛的毒性，还会引起肠道损伤、炎症和肠道微生物区系失调，从而扰乱肠道的动态平衡。
本篇综述首次全面回顾了食物污染物是如何通过肠道微生物区系和肠道内环境平衡，以及通过肠道微生物区系介导的污染物代谢来影响肠道微生物区系和肠道动态平衡的。
原名：Gut homeostasis and microbiota under attack: impact of the different types of food contaminants on gut health译名：肠道动态平衡和微生物区系受到攻击：不同类型食品污染物对肠道健康的影响期刊：Critical Reviews in Food Science and Nutrition
由于人类的异养性，食物一直被认为是糖、氨基酸、脂肪酸、大量和微量营养素日常需求的一个关键安全问题。为了保持不断提高的生产率水平，农业和食品工业在过去几十年里经历了戏剧性的变化。不幸的是，维持食品大规模生产的隐性成本是人类健康。这是由于食品的两个主要特性造成的，包括营养价值低，以及食品添加剂和污染物。全球人类健康也因久坐不动的生活方式而恶化，使数百万人容易患上危及生命的疾病，代谢性疾病包括超重、肥胖和糖尿病。食品污染物来源于农作物和畜牧业，或食品加工过程中。随着食物的消费，将这种异生物质引入胃肠道系统对肠道内稳态以及随后的消费者健康构成了极大的危害。几份报告揭示了食品污染物对人类和牲畜健康的不利影响。现代食品相关的炎症性疾病和代谢性疾病的流行，如肥胖和糖尿病，主要归因于外来物的代谢紊乱。此外，化学杀虫剂、常见的食品污染物可能致癌，并进一步导致肝脏、免疫学和神经系统疾病。食品污染物可直接对人体健康造成负面影响，造成毒性，例如金属中毒。此外，污染物对人类健康的间接影响是通过破坏人类共生微生物（即肠道微生物区系）的组成和功能，进而影响人类健康造成的。此外，一些食品污染物在摄入时是不活跃或无害的，然后被人体酶激活或通过肠道微生物区系激活。肠道微生物区系是一个复杂和动态的生态系统，包含数以万亿计的微生物，不断受到各种因素（即饮食、生活方式、药物和疾病）的影响。肠道微生物区系对人类健康起着至关重要的作用，如产生维生素和参与食物新陈代谢。
1 微生物区系在肠道动态平衡中的作用
人类肠道微生物区系主要由大量的细菌物种占据。据估计，肠道中生活着100万亿个微生物，相当于或超过了人类细胞的数量。肠道微生物区系栖息在胃肠道，为宿主提供促进健康的活动，包括调节免疫动态平衡。肠道微生物区系的改变会扰乱宿主免疫，从而可能导致自身免疫性疾病。人体有一种独特的微生物区系，它是在出生时获得的，并随着年龄的增长而进一步发展。同一个体的不同身体部位（如皮肤、口腔、鼻腔和胃肠道）的这种定植微生物区系是不同的。甚至在出生之前，人类微生物区系首先受到母体微生物区系和分娩方式的影响，然后受到生命中增加其生物多样性的其他因素的影响。肠道微生物区系参与许多重要的功能，包括食物代谢、维生素生产、免疫调节、维持肠道粘膜屏障结构的完整性，以及对致病微生物的保护。近年来，含食品的益生素（如菊糖、低聚果糖和低聚半乳糖）因其对健康的益处而受到特别关注。它们是肠道微生物区系的健康调节器，因为它们促进肠道益生菌的生长，进而产生有益的生物活性化合物（例如短链脂肪酸），改善免疫系统的功能，排毒污染物等。此外，肠道微生物区系可以合成共轭亚油酸以及维生素K和B等维生素，从而促进宿主的几项健康益处。肠道微生物区系与食物代谢之间的相互作用是有据可查的。肠道微生物区系补充了参与营养消化和新陈代谢的肝脏和肠道粘膜酶的功能。此外，它还参与药物的激活和新陈代谢，从而导致个体间药物反应的差异性。然而，据我们所知，关于肠道微生物群参与食品污染物新陈代谢的机制的数据很少，这是值得进一步研究的。此外，微生物介导的生物转化领域的几个小组专注于预测和理解这些机制的方法。粘膜免疫系统是肠道内稳态的关键组成部分，这也依赖于共生微生物区系及其代谢物。粘膜屏障通过抗菌肽等化学因素或粘液层和肠上皮细胞代表的物理机制对抗入侵的病原体。最后，肠道微生物区系通过改变各种免疫介质的释放来调节宿主的先天性免疫反应，包括由肠上皮和免疫细胞分泌的细胞因子和趋化因子。食品污染通常被定义为“由于微生物的存在，如细菌或寄生虫，或使其不适合食用的有毒物质而变质或污染的食品”。食品污染物有几种类型，包括物理的、化学的和生物的。这些污染物可以在农业或工业食品生产的不同阶段引入到人类或动物性食品中，如图1所示。
图1 食品污染物的主要来源和类型。化学、生物和物理污染物是食品污染物的主要类别。这些污染物可能会在食品循环的不同阶段被引入食品中。它们可能发生在农业阶段的早期，例如杀虫剂、霉菌毒素和抗生素会污染农作物和畜产品。食品加工过程中也可能出现污染，例如热加工污染物。每年，数以百万计的食品因存在物理污染物而被召回。这些污染物经常在食物链制造的任何步骤中意外引入。它们由一系列材料制成，如塑料、橡胶、金属或有机材料。虽然这些外来污染物中有许多是消费者可以看到和发现的，但其他一些污染物小到足以忽略，如可能导致潜在健康损害的微塑料。每年生产的数百万吨塑料最终进入水环境。在沿海环境中，在瓶装矿泉水和海产品中检测到微塑料后，微塑料就成了一个大问题。Rezania等人对水生生物进行了大量研究，揭示了微塑料对肠道组织和肠道微生物区系多样性和结构的破坏作用。在哺乳动物身上进行的记录微塑料对其肠道健康影响的研究较少。在小鼠中，微塑料导致肠道微生物区系失调、肠屏障功能障碍、肠道炎症和代谢紊乱。虽然我们缺乏对人体的体内毒性研究或微塑料对肠道微生物区系和人类健康的影响，但在这一研究领域已经进行了几项体外细胞培养研究。总体而言，不同的细胞系暴露于高浓度的微塑料和纳米塑料（小于1 mm）会导致DNA损伤、氧化应激、炎症和细胞死亡。最后，关于微塑料对人类健康影响的信息仍然不充分，难以评估。目前对其他生物的初步研究表明，微塑料不仅对水生生物，而且对人类健康都应该是一个至关重要的问题。为了研究微塑料对肠道微生物区系和人体健康的影响，人们在这一领域进行了几项体外细胞培养研究。总体而言，不同的细胞系暴露于高浓度的微塑料和纳米塑料会导致DNA损伤、氧化应激、炎症和细胞死。最后，关于微塑料对人类健康影响的信息仍然不充分，难以评估。目前对其他生物的初步研究表明，微塑料不仅对水生生物，而且对人类健康都应该是一个至关重要的问题。被检测为污染物的各种化学物质和环境污染物会影响人类健康。除农用化学品外，使用农作物保护剂（例如除草剂、杀虫剂和杀菌剂）被报告为潜在的食品化学污染源。据报道，鱼和海产品中也含有环境毒物，例如二恶英，它与糖尿病、癌症和高血压等慢性威胁生命的疾病有关，成为全球健康问题。从不同的角度来看，食品中的其他化学污染物（如丙烯酰胺、呋喃、多环芳烃）可通过烘焙和烧烤等热过程检测到。这些毒素在一定程度上被认为是致癌的，与消化系统、乳房和乳房的不同类型的肿瘤有关。同样，水中有毒的微量元素和牲畜食用的抗生素可能在几个方面对人类健康产生负面影响。例如，抗生素会增加多重耐药性的发生率，而有毒的微量金属会因其在器官中的累积超过其安全边际而导致毒性。
图2 总结了化学污染物对肠道稳态和相关疾病的影响。化学食品污染物对肠道动态平衡和微生物区系的影响。化学食品污染物可以通过几种方式对肠道微生物区系产生负面影响，例如增加肠道微生物区系的失调和减少其多样性，这反过来又会影响肠道的动态平衡。化学污染物还可通过氧化应激、DNA损伤、细胞毒性、肠道屏障功能障碍、免疫系统失调和炎症反应等多种途径直接损害肠道稳态。此外，化学污染物会引起系统紊乱，如代谢和神经紊乱以及器官损伤。自然产生的毒素是由活的有机体产生的化合物。这些毒素对产生它们的生物体有一定的作用，但它们在不经意间对人类是有毒的。这些毒素的来源可能是真菌、藻类或植物。霉菌毒素。又名霉菌毒素由于其急性毒性，在食品工业中是一个特殊的挑战。霉菌毒素最著名的例子是麦角碱（包括麦角胺、麦角碱和麦角隐亭），它是由紫穗菌合成的，通常会污染谷类作物（如黑麦、大麦、燕麦和小麦）。麦角生物碱会引起一系列威胁生命的症状，统称为麦角症或圣安东尼之火，范围从抽搐、妄想到致命性干性坏疽和肢体丧失。最近，由于黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇和棒曲霉毒素等严重疫情的爆发，十几种其他真菌毒素得到了关注。黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉等几种曲霉产生的。通常被曲霉菌污染的作物是谷物、油籽、香料和坚果。这些毒素也出现在以受污染农作物为食的动物的乳汁中。黄曲霉毒素被描述为肝毒性、遗传毒性、致畸性、致癌性和免疫毒性。在大鼠身上，它们被发现会导致肠道损伤和白细胞浸润。它们通过改变肠道微生物区系的代谢途径，如短链脂肪酸的生物合成，从而影响肠道微生物区系，这表明肠道微生物区系也与黄曲霉毒素的不良健康影响有关。赭曲霉毒素是由曲霉和青霉产生的另一类常见的真菌毒素。赭曲霉毒素A是最普遍的毒素，经常被发现污染谷物、咖啡和葡萄产品。虽然赭曲霉毒素A的主要靶标是肾脏，但它具有细胞毒性并诱导氧化应激。它还改变了肠道微生物区系的组成，降低了其多样性。棒曲霉毒素是一种由曲霉、青霉和双胞菌等真菌产生的真菌毒素。它存在于蔬菜和水果中--通常在腐烂的苹果中。它会引起肠道和全身炎症。最近发现棒曲霉素可引起氧化应激并扰乱肠神经元的功能。棒曲霉毒素是破坏肠道上皮屏障的霉菌毒素之一。有人假设，肠道屏障功能障碍导致的细菌易位是其毒性的另一种机制。镰刀菌是多种真菌毒素的生产者。它是热稳定性的，由禾谷镰刀菌（Fusium Graminearum）产生，是谷物感染的结果。雪腐镰刀菌烯醇是一种脱氧雪腐镰刀菌烯醇的生物活性代谢物，它不是很普遍，但毒性相似。越来越多的实验证据表明，脱氧雪腐镰刀菌烯醇对人和动物具有免疫毒性。脱氧雪腐镰刀菌烯醇损害肠道上皮细胞并引起肠道炎症廖等人注射脱氧雪腐镰刀菌烯醇加剧了产生结肠素的大肠杆菌菌株的遗传毒性，导致肠道DNA损伤。此外，小鼠暴露于脱氧雪腐镰刀菌烯醇会改变肠道微生物区系的组成和功能。因此，脱氧雪腐镰刀菌烯醇免疫毒性与肠道微生物区系失调之间存在联系。T-2毒素是一种核毒性应激诱导剂，可诱导肠道炎症并抑制粘蛋白的产生，进而改变肠道微生物区系。玉米赤霉烯酮是一种非甾体类雌激素真菌毒素。尽管玉米赤霉烯酮主要针对生殖系统，但它改变了肠道上皮细胞的完整性并诱导细胞死亡。它还改变肠道微生物区系的组成和功能。水生生物毒素。来自海洋和淡水的有害藻华产生的毒素可在海产品中积累。人类食用受污染的海鲜可能会受到藻类毒素的毒害。这种中毒的症状从胃肠道症状到神经毒性症状各不相同。农业中使用了数百种化学物质来保护农作物免受各种害虫的侵害，并维持牲畜的健康。许多这些杀虫剂（即杀虫剂、杀菌剂和除草剂）和抗生素对人体肠道稳态和人类健康都有不利影响，正如这里简要描述的那样。杀虫剂。过去几十年来，为了满足市场需求，对优质食品的需求不断增加，导致了几种杀虫剂的消费量增加。不幸的是，研究表明在人体内可以检测到杀虫剂。接触这些杀虫剂引起了人们对其对人类健康影响的严重关切。杀虫剂针对的是害虫，但它们对长期接触的人类也有偏离目标的效果。有机磷杀虫剂是最大的杀虫剂类别之一，包括二嗪磷、毒死蜱和久效磷。研究了几种杀虫剂对肠道微生物区系的影响。二嗪磷是一种有机磷杀虫剂，在农业上应用广泛。体外实验表明，二嗪农对肠道细胞造成氧化应激和DNA损伤，导致细胞凋亡。它可以改变肠道微生物区系的组成和功能，扰乱人体新陈代谢。它对雄性小鼠的影响比对雌性小鼠更明显，这表明性别效应尚未在其他动物模型中得到证实。此外，与生物合成和神经递质调节相关的基因在雄性小鼠中的变化比雌性小鼠更显著。这与雄性和雌性动物中与二氮嗪神经毒性有关的性别特异性敏感性是一致的。此外，二嗪磷还损害了肠道微生物区系的群体感知和能量代谢。毒死蜱是另一种有机磷杀虫剂，针对昆虫中的乙酰胆碱酯酶，导致神经系统功能障碍。在小鼠中，长期接触毒死蜱会导致肠道微生物区系失调和肠道渗漏。毒死蜱通过诱导低度炎症和降低胰岛素敏感性对宿主新陈代谢产生负面影响。在蚯蚓中，久效磷对肠道微生物区系和肠道细胞有负面影响。在老鼠中，久效磷暴露与肠道功能障碍相关。然而，对人体的研究仍然缺乏。氯菊酯是一种拟除虫菊酯杀虫剂，通常用于住宅病虫害防治和农业。在大鼠中，氯菊酯注射改变了肠道微生物区系，同时类杆菌数量减少，肠杆菌科和乳杆菌数量增加。新烟碱是另一类广泛使用的杀虫剂。在昆虫中，新烟碱会破坏免疫系统和肠道微生物区系。这两个系统之间的动态相互作用已经被提出，然而，目前还不清楚。在大鼠中，给予新烟碱引起局部肠道炎症反应，并改变肠道微生物区系。虽然菌丝丰度呈下降趋势，但类杆菌数量却有所增加，尽管由于样本数量有限，结果并不是决定性的。为了更好地了解新烟碱对肠道稳态的影响，还需要对哺乳动物进行进一步的研究。灭螨威，一种氨基甲酸酯杀虫剂，改变了肠道微生物区系的发育，并改善了小鼠的肠道细菌致病性。此外，它还影响脂质和大脑代谢，并诱导氧化应激、蛋白质降解和DNA损伤。杀菌剂是一种化合物，用于保护农作物免受寄生真菌的侵袭。嘧菌酯在农业工业中被用作一种常见的杀菌剂，发现它可以丰富蠕虫肠道微生物区系中丰富的抗生素抗性基因。这种抗生素耐药性可能会对生态系统产生影响，需要进一步调查。多菌灵是另一种常见的杀菌剂，在小鼠体内暴露后会导致脂质代谢紊乱、炎症反应和肠道微生物区系失调。多菌灵增加了细菌、变形杆菌和放线菌的丰度，同时减少了类杆菌。环氧康唑是一种常用于农业的唑类杀菌剂，通常与肝毒性和肾毒性有关。它通过减少细菌的丰度，增加类杆菌、变形杆菌、乳杆菌科和肠杆菌科的丰度来改变大鼠的肠道微生物区系。伊马扎利，或依康唑，是另一种广泛使用的唑类杀菌剂。在斑马鱼中，咪扎利引起代谢紊乱和肠道微生物区系失调。在小鼠中，它扰乱肠道屏障功能，减少粘液分泌。它还引起肠道炎症和肠道微生物区系失调，表现为细菌、放线杆菌、三角洲蛋白细菌和脱硫弧菌的丰度增加，类杆菌、乳杆菌和双歧杆菌的丰度减少。除草剂在世界范围内被广泛使用，以防止有害植物的传播。在常用的除草剂中，百草枯被认为对人类有一定的毒性。百草枯引起氧化损伤，这与其对肠道微生物区系的破坏作用有关。它降低了肉毒杆菌和厌氧消化链球菌的丰度。草甘膦是最受欢迎的除草剂之一，也会造成氧化损伤并影响肠道微生物区系组成。它降低了小鼠体内的乳酸菌和乳酸菌的丰度。此外，在蜜蜂中检测到草甘膦，并发现草甘膦也破坏肠道微生物区系。草甘膦是一种由链霉菌产生的天然除草剂。产前接触这种除草剂会引起子代肠道微生物区系和新陈代谢的改变。在其他情况下，暴露在除草剂（如阿特拉津）中会导致肠道微生物区系的遗传结构和功能变化。例如，粘质沙雷氏菌和假单胞菌蛋白原在阿特拉津暴露后被发现丰富，可能是由于它们对除草剂新陈代谢的贡献。综上所述，数十项使用动物模型的研究显示了杀虫剂对肠道稳态的不利影响。有证据表明，肠道微生物区系的扰动与肠道健康密切相关，这值得在哺乳动物身上进行进一步的研究，或者最好是通过分析粪便样本来反映肠道微生物区系的变化，从而进行人类研究。抗生素。据估计，到2030年，全球畜牧业抗生素消费量将超过10万吨。抗生素在畜牧业中的普遍使用极大地促进了抗生素耐药性在微生物中的传播。这些抗药性微生物可以通过食用携带它们的食品传播给人类。这通常被认为是在家畜中使用抗生素的主要问题，人们对此进行了深入的研究和审查。数十项研究旨在测量肉类和牛奶等畜产品中的抗生素残留。由于关注牲畜中抗生素残留的研究数量有限-其中许多研究定性地估计了抗生素残留-很难有力地表明这些抗生素残留水平可能对人类健康产生有害影响。然而，食品中抗生素的存在，即使是最低水平的抗生素，也可以作为选择性压力，增加人类微生物群和病原体菌株对抗生素的耐药性。残留抗生素的另一个作用可能是通过免疫系统在易感个体中产生急性过敏反应。更重要的是，抗生素通过失调肠道免疫、诱导炎症和破坏肠道微生物区系，对肠道稳态产生负面影响。食品污染物包括持久性有机污染物，它们是在环境和人体内积累的有毒化合物。二恶英和多氯联苯是有毒化合物的主要例子。这类化合物的食品毒性归因于它们的亲脂性、高稳定性和低蒸汽压。它们主要来源于工业氯化过程中的环境，以及在人类食品中积累之前含有氯的材料的燃烧。除了皮肤、免疫调节和致癌作用外，慢性暴露还表现为对生殖、发育和行为的有害健康影响。在小鼠中，暴露于二恶英会扰乱肠道粘膜免疫功能。此外，它还会改变胆汁酸的稳态和肠道微生物区系的代谢。多氯联苯（PCBs）是一组209种化合物，在1979年之前一直用于许多行业，直到因其毒性而被禁用。多氯联苯126是一种二恶英类物质，也是毒性最大的多氯联苯同系物。长期接触多氯联苯126对人体有几种影响，包括肠道和全身炎症、心肌病和代谢综合征。对于这些影响，多氯联苯126和其他多氯联苯对肠道微生物区系的影响引起了高度关注。事实上，PCB126降低了小鼠肠道微生物区系多样性，并改变了肠道微生物区系组成。它增加了球菌的丰度，同时减少了球形菌。这种肠道微生物区系失调进一步与代谢紊乱和肠道炎症有关。接触PCB126扰乱了肠道微生物区系的代谢，表现为丙酸的增加和琥珀酸的产生减少。这些反过来又影响了宿主的新陈代谢，这表明多氯联苯126的毒性部分是通过肠道生物失调来介导的。有证据表明菊糖，作为一种益生素，可以通过靶向肠道微生物区系来减轻多氯联苯126的毒性效应。研究表明，产前暴露于多氯联苯或以被多氯联苯污染的母乳喂养的婴儿患有肠道微生物区系失调。这种负面影响可能是严重的，因为婴儿肠道微生物区系的发育障碍可能会对个人健康产生长期影响处于生命后期。在食品的热加工过程中，即油炸、烘烤、熏制、发酵、烘干和烘焙），会产生各种各样的化学毒物。这类化学物质的生产提高了食品的色泽、气味和风味。然而，对主要富含淀粉和蛋白质的食品进行热处理会产生有毒副产品。呋喃。呋喃形成的来源和机理已经作为相当数量的热诱导产物（0-6,000lg/kg）进行了充分的研究。呋喃是一种挥发性杂环化合物，在烹饪、烘焙、烘焙、巴氏杀菌和杀菌过程中温度较高，是美拉德反应的副产品。美拉德反应涉及在氨基酸存在的情况下碳水化合物的热降解和/或热重排成还原糖。在封闭体系中的焙烧条件下，每摩尔前体可产生高达330lM。实际上，据报道，烘焙咖啡中含有高浓度呋喃（高达7000lg/kg）。其他产生机制包括某些氨基酸的热降解，即天冬氨酸、苏氨酸、丙氨酸、丝氨酸和半胱氨酸，抗坏血酸的氧化，以及多不饱和脂肪酸和类胡萝卜素的氧化。呋喃对大鼠和小鼠有肝毒性，并可引起氧化应激和炎症。在小鼠身上，呋喃被发现通过引起铁下垂而产生肾毒性，并进一步减少肠道微生物区系的多样性和组成。正如预期的那样，这种生物失调导致了全身性低度炎症。红景天苷（在红景天植物中发现的一种酪醇糖苷）被证明能保护人体免受呋喃的毒性作用。它被假设是通过改变肠道屏障功能而对肝脏有毒性的，而且被国际癌症研究机构列为“可能的人类致癌物”。为了减少呋喃的高水平生产，加压蒸煮证明了其有效性，每摩尔前体的产量不到20lM。降低加工食品中果仁含量的其他方法包括添加还原剂以减少其由抗坏血酸形成，或通过降低不饱和脂肪酸的比例提高植物油的热稳定性。丙烯酰胺。丙烯酰胺是美拉德反应的另一种产物，在炸薯条、薯条和德国薯条等油炸和烘焙土豆制品中检测到的含量高达极少的毫克/千克。它是油炸土豆产品特有的褐变颜色、风味和外壳形成的主要成分。2002年，它首次在食品中被发现，并被IARC归类为2A类致癌物。据报道，烹调前将土豆浸泡在乙酸中可以减少95%的丙烯酰胺形成。在大鼠中，丙烯酰胺诱导氧化应激、肠道炎症和损伤。它还对肠道相关淋巴组织产生负面影响。这些效应反过来破坏肠道屏障和肠道微生物区系，这是一个尚未完全研究的话题。多环芳香族碳氢化合物。多环芳烃（PAHs）是在乳制品、坚果、草药、饮料和肉制品等加工食品中形成的半挥发性或非挥发性的高度疏水和有机亲脂化合物。不同的加工技术以及高温烹饪（即烧烤、油炸、烘焙、烘焙和烧烤）可以形成多环芳烃。膳食中暴露于多环芳烃也可能通过空气中的沉积或沉积、土壤和水中的迁移发生。除了它们的致癌性外，多环芳烃的致畸性也是一个主要问题。结果显示，烤肉中多环芳烃的含量降低了50%以上，比如修改烤肉的烤制和烟熏程序，或者添加饮食抗氧化剂，如二烯丙基二硫化物和槲皮素。在小鼠中，苯并芘导致肠道损伤，并破坏肠道微生物区系平衡。它增加了不动杆菌、臭杆菌和维罗氏菌的丰度，同时减少了库尔希菌、幽门螺杆菌、费卡里杆菌和一种乙酰因子。研究表明，加入姜辣素和异榄香素可防止苯并芘诱导的结肠损伤。杂环芳胺。杂环芳胺（HCAs）被认为是潜在的食源性致癌物之一。HCA是在家禽油炸过程中形成的。在烹饪实践中报告了超过25种六氯甲烷，范围从不到十亿分之一到超过十亿分之五百。Alaegos等人在他们的综述中报告说，没有足够的科学证据支持人类癌症风险和摄入含有HCAs的红肉之间的关系，这为未来的研究提供了定论。亚硝胺或N-亚硝基化合物。肉类防腐剂，特别是亚硝酸盐和/或硝酸盐，与烹调和油炸食品中亚硝胺的产生有关。这些亚硝胺也可以在肠道内通过化学或酶的方式内源性生产--有肠道微生物区系的参与。亚硝胺的摄入通常与人类患结直肠癌的高风险相关。亚硝胺分为挥发性亚硝胺和非挥发性亚硝胺。人们考虑了不同的策略来降低食品中的亚硝胺水平。加工肉制品的菊糖强化减少了大鼠肠道中N-亚硝基化合物的形成。最后，乳酸菌发酵甜菜根汁被发现可以减轻由N-亚硝基-N-甲基脲引起的肠道新陈代谢和肠道微生物区系的一些紊乱。食品受重金属污染通常是通过污染空气、水或土壤而发生的。砷、镉、铜、铅和汞是常见的重金属食品污染物。在人类中，砷暴露与皮肤癌、膀胱癌、肺癌和肝癌、代谢性疾病和心血管疾病有关。小鼠暴露在砷中会扰乱肠道微生物区系和肠道代谢物。一项研究表明，砷可诱导炎性细胞因子并减少抗炎因子。有研究表明，砷引起的肠道微生物区系失调通过破坏肠道免疫反应和肠道稳态与结肠癌有关。此外，肠道微生物区系失调会加重砷引起的代谢紊乱。在另一项研究中，发现砷暴露改变了小鼠肠道中的细菌和真菌群落，也与肠道微生物区系代谢功能紊乱有关。此外，砷暴露丰富了肠道微生物区系中的抗生素耐药性基因。Brabec等人报告说，砷还扰乱了人类肠道微生物区系。作者确定了肠道微生物区系的几个成员，它们与人体体液中的砷水平有关。在儿童中也观察到了这种肠道微生物区系紊乱；这一点至关重要，因为早期肠道微生物区系的改变可能会对肠道稳态和人类健康产生长期影响。一项研究表明，这种对婴儿肠道微生物区系的影响也具有性别特异性。除了对肝脏和肾脏的毒性外，镉暴露还会通过诱导肠道炎症反应和肠道通透性，以及改变肠道微生物区系来破坏肠道的动态平衡。镉暴露降低了乳酸菌的丰度，同时肠道微生物区系的功能变化，即短链脂肪酸的产生。在小鼠中，早期接触镉揭示了脂质代谢的紊乱，这种紊乱因肠道微生物区系失调而加剧。令人惊讶的是，这种影响只发生在男性身上。性别特异性毒性的假设得到了另一项研究的支持，该研究表明镉毒性、肠道微生物区系相关的脂多糖和代谢紊乱之间存在关联，仅在男性。虽然铜是一种必需的微量元素，但铜暴露与肝毒性和肠道微生物区系失调有关。饲料中的铜水平与猪肠道微生物区系中抗生素耐药性基因的丰富有关。此外，暴露于铜会通过增加肠道通透性来破坏肠道的动态平衡。铜暴露还与炎症反应有关，炎症反应被认为是通过肠道微生物区系失调介导的。铅中毒是通过口服和通过肠道吸收发生的，这导致了铅中毒的几种类型。在小鼠中，铅引起肠道微生物区系失调，因为它扰乱了肠道微生物区系的组成和功能。在人类中，尿铅浓度与肠道微生物区系紊乱有关，特别是与伯克霍尔德里亚目丰度的增加有关。有趣的是，饮食中添加半乳低聚糖（作为益生素）通过调节肠道微生物区系和减少体内积累来保护铅中毒。口服普鲁斯尼茨杆菌、瘤胃振荡杆菌或植物乳杆菌可减少铅的体内积累及其相关毒性。使用凝结芽孢杆菌可以保护肠道免受铅暴露引起的肠道损伤和肠道微生物区系失调。这些发现对于确定未来功能性食品中设计的益生菌在保护免受污染和/或生物效应方面的附加值方面是有价值的。长期的益生菌治疗减轻了铅诱导的记忆障碍，这被认为是通过肠道微生物区系介导的。利用益生菌或益生菌来调节肠道微生物区系以防止重金属中毒的想法是一个很有前途的研究领域，确实值得进一步研究。汞是一种全球性污染物和食品污染物，是最有毒的重金属之一，通常以甲基汞的形式存在。肠道是甲基汞的主要目标之一。汞会导致肠道损伤、肠道微生物区系失调和代谢紊乱。然而，这种效应依赖于汞的化学形态。汞及其衍生物的水平与肠道微生物区系的变化有关。短乳杆菌可以保护肠道免受汞中毒效应及其相关的氧化应激和炎症的影响，从而维持肠道内环境的稳定。摄入被称为抗癌矿物质的硒被发现能有效恢复肠道微生物区系平衡，促进甲基汞的分解和排泄。最后一大类食品污染物是被认为是食源性病原体的生物污染物或微生物。这些生物污染物会导致腹泻等胃肠道疾病或脑膜炎等严重疾病。最常见的食品污染物病毒是诺如病毒和甲型肝炎病毒。诺如病毒引起恶心、突然呕吐、腹泻和腹痛--作为其胃肠炎的症状。除了这些不幸的症状外，诺沃克病毒感染还扰乱了人类肠道微生物区系。在诺如病毒致病过程中，诺如病毒、肠道微生物区系和免疫系统之间的相互作用是复杂的。甲型肝炎病毒感染的症状包括乏力、恶心、腹痛、食欲不振和发烧；甲型肝炎病毒也已知会导致一种慢性肝病。细菌性食源性病原体包括沙门氏菌、弯曲杆菌、大肠杆菌、李斯特氏菌和霍乱弧菌。这些病原体引起的感染症状包括腹痛、腹泻、恶心、呕吐、头痛和发烧。沙门氏菌病或伤寒是一种常见的食源性细菌性疾病，由含有伤寒沙门氏菌血清型的水和肉类引起。世卫组织估计，每年有超过1000万人感染伤寒。此外，来自动物性食品的人畜共患食源性寄生虫已经出现。世卫组织报告了一些重要的肉源性和鱼源性寄生虫，包括棘球绦虫、片形吸虫、柔毛虫、旋毛虫、克氏锥虫、蛔虫、内阿米巴、贾第虫、弓形虫和粗圆线虫。寄生虫感染的目标是肠道以外的其他身体系统，例如因摄入不充分煮熟或生肉引起的先天传播的弓形虫病，以及被弓形虫活性包囊或卵囊污染的水。肠道微生物群具有多种新陈代谢能力，使其能够排出饲料中摄入的毒物。除了我们通篇介绍的食品污染物对肠道微生物区系的影响外，这里我们关注的是肠道微生物区系在代谢食品污染物方面的突出能力。然而，有证据表明，当食物污染物被代谢成更有毒的代谢物时，这种能力有时会导致不幸的后果（图3）。体外分析表明，人体肠道微生物区系可以水解几种真菌毒素的糖苷结合物，释放出它们的游离形式，从而导致它们的肠道吸收和毒性。此外，由于其对微生物的抑制作用，它不太可能被降解。其他杀虫剂被证明是由土壤或昆虫肠道微生物区系代谢的。但目前还不清楚人体肠道微生物区系是否能降解这些杀虫剂。虽然多环芳烃非常稳定，但其中的几种化合物，如苯并芘，被环境微生物证明是可生物降解的。因此，考虑人类微生物区系所蕴含的这一代谢途径是至关重要的，这可能会使我们如何看待苯并芘的毒性变得复杂。一些降解产物涉及微生物区系衍生的代谢物。益生菌可能参与了杂环芳胺的代谢。已证明它能代谢杂环芳胺。肠道微生物区系对MeIQx的生物转化被发现涉及另一种肠道微生物区系衍生的代谢物丙烯醛。肠道微生物区系介导的MeIQx代谢产物毒性较小。人类肠道微生物区系中的一员哈利氏真细菌被证明能将PhIP解毒为一种没有明显细胞毒性的代谢物。虽然许多微生物种类（其中许多存在于人类微生物区系中）合成酰胺酶。了解肠道微生物区系如何分解这些食品污染物，以及降解产物对人类健康是安全的还是有毒的，这一点至关重要。有证据表明，肠道微生物群参与了重金属的解毒。人们认为肠道微生物区系参与了砷和汞的生物转化。例如，普鲁斯尼茨镰刀菌在保护小鼠免受砷中毒方面是有效的。这被认为是通过酶生物转化介导的，部分除了导致其排泄的生物积累。最后，肠道微生物区系在许多食品污染物新陈代谢中的作用尚不清楚，需要进一步研究，以充分了解这些化合物对健康的影响。这些信息是有根据的，因为食品污染物的分解产物可能会增强或降低其毒性，或影响肠道微生物区系的其他成员。
图3 人类肠道微生物群对食物污染物的转化。肠道微生物群可以通过两种主要方式改变化学污染物。首先，它可以将有毒污染物代谢成更安全的副产品。相比之下，一些污染物可以被肠道微生物区系代谢并转化为更有毒的副产品。理想情况下，为了减少食品污染物的有害影响，应消除此类污染物的发生。这一策略只适用于某些污染物，例如被更安全的杀虫剂取代的有毒杀虫剂。另一个战略是利用补救措施减少农作物和牲畜在环境中暴露于土壤中的污染物。此外，一些生物污染物（例如细菌）可以通过彻底清洗和烹调食物来根除，尽管它们的毒素可以在热处理后存活。人们已经提出了新的策略，以最大限度地减少化学食品污染物的毒性。加压烹饪可以减少呋喃化合物的生成量。此外，添加还原剂（可以减少呋喃的形成。同样，添加抗氧化剂，如二烯丙基二硫化物和槲皮素可以降低烤肉中多环芳烃的水平。通过将土豆浸泡在乙酸中，可以减少油炸土豆过程中丙烯酰胺的形成。与其他烹饪方法相比，使用微波炉烹调食物可以降低亚硝胺水平。添加维生素E可以减轻N-亚硝基化合物的致癌作用。益生菌和益生菌的使用已经成功地降低了某些化学污染物的毒性。例如，在加工肉制品中添加菊粉（一种益生素）可以减少亚硝基化合物的形成。膳食中添加另一种益生素，半乳低聚糖，调节肠道微生物区系，减少铅的积累，从而防止其毒性。有趣的是，由乳杆菌发酵甜菜根汁可以减轻N-亚硝基化合物的负面影响。口服益生菌如普鲁斯尼茨菌、反刍菌、植物乳杆菌或凝固菌可以减少铅在体内的积累，减轻铅的毒性。此外，长期服用益生菌似乎是减少铅引起的记忆障碍的一种有希望的策略。最后，没有单一的成功战略来消除食品污染物的毒性，但要实现食品安全，需要针对高风险食品中的常见污染物的战略组合。此外，使用益生菌和益生菌来调节肠道微生物区系，防止某些污染物的毒性，是一种很有前途的策略，值得进一步研究。
食物污染物体外暴露后的粪便代谢物。这可以提供对食品污染物-肠道微生物区系相互作用的重要洞察力，从而全面探索食品污染物的毒性。因此，关于肠道稳态的研究结果可能有助于解释几种人类代谢紊乱的可能机制。另一方面，必须开发健康食品替代品，而不是快速加工食品。烹调良好的食物，除了加入低脂肪和高粗度或益生菌（如膳食纤维）外，可能有助于维持肠道微生物区系的平衡。此外，一些蔬菜的预处理可能会减少有毒的热诱导产品。使用可自然降解的无毒化学品要好得多，特别是在农产品中大量使用杀虫剂的情况下。
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