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南京大学环境学院历红波团队在利用膳食补钙降低铅、镉、砷人体生物有效性方面取得重要进展

发布于:2023-01-10 文章阅读数: 字体大小:[      ]

铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)暴露会对人体产生各种健康危害。通过手口行为无意摄入污染室内灰尘颗粒是儿童Pb、Cd、As暴露的重要途径。降低室内灰尘摄入后Pb、Cd、As在肠道内的生物有效性,对降低重金属人体内暴露水平至关重要。由于Pb和Cd与钙(Ca)共用吸收和转运通道,因此提高饮食Ca摄入水平可能能显著降低Pb和Cd的人体生物有效性。然而,背后的机制仍有待进一步明确。此外,不同补钙剂(碳酸钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙、乳酸钙、天门冬氨酸钙、柠檬酸钙)降低Pb和Cd生物有效性的效果差异仍未被揭示。有机酸螯合态钙摄入后可能会刺激机体下调肠道Ca吸收通道表达的幅度更高,但有机配体摄入可能具有提高Pb和Cd在肠道内溶解度的潜能。与有机酸螯合态钙截然相反,磷酸氢钙摄入后磷酸根在中性肠道环境中可能与Pb2+和Cd2+生成极其难溶的磷酸盐矿物如磷氯铅矿[chloropyromorphite,Pb5(PO4)3Cl],进而降低Pb和Cd在肠道内的溶解度和生物有效性。此外,目前对膳食补Ca是否能降低As生物有效性的研究仍为空白。无机五价砷主要借助肠道上皮细胞顶膜的磷吸收通道如钠磷共转运通道IIb(NaPi-IIb)被吸收。当Ca摄入提高时,机体为了维持Ca内稳态来下调1,25-Dihydroxyvitamin D3水平和肠道Ca吸收通道表达的同时,一个可能的副作用是肠道磷吸收通道表达也出现下调,进而降低As生物有效性。

本研究通过开展小鼠活体暴露实验,揭示了膳食补充碳酸钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙、乳酸钙、天门冬氨酸钙、柠檬酸钙降低Pb、Cd、As人体生物有效性的效果与机制。结果显示,在不同补钙剂中,CaHPO4降低Pb和Cd相对生物有效性的效果最佳;膳食补Ca也具有降低As相对生物有效性的效果,天门冬氨酸钙是降低As相对生物有效性的最佳补钙剂(图1)。

图1 膳食补充磷酸氢钙(CaHPO4)、碳酸钙(CaCO3)、葡萄糖酸钙(Ca gluconate)、乳酸钙(Ca lactate)、天门冬氨酸钙(Ca aspartate)、柠檬酸钙(Ca citrate)(200、1000、5000 g Ca g–1)对三个室内灰尘A、B、C样品中铅、镉、砷相对生物有效性的影响。

结合RT-PCR、同步辐射X射线吸收近边(XANES)和X射线衍射(XRD)、体外胃肠模拟液提取等手段,揭示了膳食补充不同形态Ca对小鼠十二指肠中钙和磷吸收转运通道蛋白表达、血清中甲状腺旁腺激素Parathyroid Hormone(PTH)和1,25-Dihydroxyvitamin D3水平、肾脏中CYP27B1的酶活、Pb和As摄入后在肠道内溶解度和形态转变的影响,阐明了膳食补Ca降低Pb、Cd、As人体生物有效性的机制。当未进行膳食补Ca时,Pb和Cd可借助Ca吸收通道,而砷酸根则可借助磷吸收通达被吸收(图2a)。当补充CaHPO4时,肠道上皮细胞内钙和磷吸收转运通道不会出现显著下调,但磷酸根可与Pb和Cd在肠道内发生了沉淀反应,进而显著降低Pb和Cd的人体生物有效性(图2b)。当补充有机酸螯合态钙时,钙摄入提高会刺激机体形成负反馈,导致肠道上皮细胞内钙和磷吸收转运通道出现显著下调;然而,一些有机酸配体的摄入能显著提高Pb和Cd在肠道内的溶解度,因此有机酸螯合态钙降低Pb和Cd的人体生物有效性的效果不如CaHPO4;天门冬氨酸不能够提高As在肠道内的溶解度,但能最大程度下调肠道上皮细胞内磷吸收转运通道,因此天门冬氨酸钙是降低As人体生物有效性的最佳补钙剂(图2c)。

图2 膳食补钙降低铅、镉、砷人体生物有效性的概念示意图

该研究明确了不同补钙剂降低Pb、Cd、As人体生物有效性的效果,阐明了膳食补钙降低Pb、Cd、As人体生物有效性的机制,确立了最佳补钙剂形式,对未来利用膳食补钙措施来降低人群重金属暴露具有重大指导意义。

相关研究成果以Ca Minerals and Oral Bioavailability of Pb, Cd, and As from Indoor Dust in Mice: Mechanisms and Health Implications"为题于2022年12月21日发表在Environmental Health Perspectives上,南京大学环境学院历红波副教授为论文第一和通讯作者,南京大学环境学院在读博士生薛荣跃为论文第二作者

本研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(42022058)、面上项目(41877356)、国家重点研发计划 (科技部 ) 项目(2018YFC1801004)和中央高校基本科研业务费等项目的资助。


文章链接:

https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/EHP11730

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