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马奇英教授课题组在大米镉人体生物有效性营养元素调控方向取得新进展

       镉是环境中广泛存在的重金属污染物,镉暴露会对人体产生一系列健康危害,包括肾脏、心脑血管疾病、骨质疏松症、癌症等。在不同镉暴露途径中,饮食摄入是人体镉暴露的重要途径,其中,摄入镉大米是最重要的饮食途径。镉一旦突破土壤和农作物的屏障,进入大米籽粒,大米中镉的人体生物有效性将成为控制其人体健康危害的关键因子。研究显示人体对镉的吸收显著受到营养元素(如钙、铁、锌等)摄入水平的影响。当营养元素摄入丰富时,人体对镉的吸收远低于营养元素缺乏时对镉的吸收。因此,研究营养元素对大米中镉人体生物有效性的调控作用,将为选择合适的营养元素补充措施,降低大米摄入后镉的人体生物有效性,进而降低镉在人体内的吸收和积累,提供重要的科学理论依据。
       我院马奇英教授课题组多年来一直从事多环境介质包括食品中重金属污染物的人体生物有效性研究。近日,马奇英团队通过开展小鼠活体试验,首次揭示了向镉大米中添加硝酸锌、硝酸铁、硝酸钙、氯化钙对大米镉人体生物有效性的影响机制。研究发现,对比硝酸锌、硝酸铁、硝酸钙,钙营养元素的添加(150–5000 mg Ca kg–1)对降低大米镉人体生物有效性的效果最强,镉生物有效性从43%降低至8.5–29%;其次为铁元素(6–200 mg Fe kg–1)的添加,而锌元素(30–1000 mg Zn kg–1)的添加未能显著降低镉人体生物有效性(图1A–C)。这是因为,在开展大米暴露前,饲喂于高钙高铁而低锌鼠粮的小鼠处于锌缺乏状态,当大米添加锌后,小鼠体内锌含量随着锌的添加显著升高,而随着锌吸收的增加,镉吸收也会伴随着锌的吸收而提高,从而遮蔽了锌对镉吸收的抑制作用。此外,对比硝酸钙和氯化钙处理,发现,添加氯化盐形态的钙不能显著降低大米镉的生物有效性,反而会显著提高镉生物有效性(图1D)。这一差别表明氯离子的摄入能显著提高大米镉的人体生物有效性。这一研究成果对提出合理的人体膳食镉暴露调控措施具有重要意义。对于生活在镉污染区的人群,避免高盐饮食以及膳食补充营养元素如钙和铁是降低人体对大米镉的吸收及其健康危害的一个重要调控途径。后续研究需开展人群镉暴露营养元素调控监测研究,验证营养元素调控措施对控制人体膳食镉暴露的实际效果。
图1. 镉大米(0.80±0.01 mg Cd kg–1)中添加不同浓度的Zn(NO3)2(A,30、60、200、400、1000 mg Zn kg–1)、Fe(NO3)2(B,6、12、40、80、200 mg Fe kg–1)、Ca(NO3)2和CaCl2(C和D,150、300、1000、2000、5000 mg Ca kg–1)对镉人体生物有效性的影响。

       这一研究成果近日在线发表于环境学科国际权威期刊Environmental Science & Technology (DOI: 10.1021/acs.est.7b02993),论文第一作者为赵迪博士研究生,通讯作者为历红波副教授。研究得到国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年基金、江苏省自然科学基金青年基金的资助。

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