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N-亚硝胺(N-nitrosamines,NAs)是一类新型消毒副产物(Disinfection byproducts,DBPs),它广泛存在于国内外的自来水水体中。已有研究表明,多种NAs在单一化合物高浓度暴露时表现出强致癌性。然而,自来水中NAs的检出浓度远低于其无可见效应浓度(No observed effect concentration,NOEC)。因此高剂量暴露实验动物获得的毒理学特征,不能够真正说明NAs在自来水厂出厂水真实浓度下的混合暴露健康风险。本论文以它们在出厂水真实浓度(L组)及10倍出厂水真实浓度(M组)下分别混合灌胃暴露幼年斯泼累格·多雷(SpragueDawley,SD)大鼠(Postnatal day 28,PND 28)一周。本研究综合分析了NAs低剂量暴露对幼年大鼠体重、代谢表型及肠道菌群的影响。旨在获得低剂量NAs混合暴露的健康风险新数据,为饮用水安全提供技术和理论支持。主要研究结果见如下:(1)NAs混合暴露对幼年大鼠肠道菌群扰动介导的性别选择性的肥胖风险:经过一周暴露,与对照组(CON组)相比,幼年雌鼠在M组和L组的NAs混合暴露后,体重增长率(Body weight gain,WG)及血清甘油三酯(Triglyceride,TG)含量均未发生显著变化;而幼年雄鼠与CON组相比,虽然L组暴露的大鼠体重增长率及血清TG含量均未发生显著变化,但M组暴露的大鼠体重及TG含量均显著增加。同时,幼年雌鼠在NAs混合暴露后肠道菌群未发生显著扰动;而幼年雄鼠虽然L组暴露的大鼠肠道菌群未发生显著扰动,但M组暴露后大鼠肠道菌群组成发生了显著的改变。具体来说:基于加权Unifrac距离的主坐标分析(Weighted unifrac-PCo A)结果表明,幼年雌鼠M组,L组及CON组之间不能被区分,而幼年雄鼠的三组之间都可以被明显区分。线性判别式分析(Linear discriminat analysis,LDA)及LEf Se(Linear discriminant analysis effect size)分析的结果进一步表明,幼年雌鼠不同暴露组(M组和L组)与CON组相比,肠道菌群分类群几乎没有变化。而幼年雄性大鼠两个暴露组(M组和L组)特别是M组,肠道菌群分类群具有显著的变化。此外,肠道菌群在门水平上的组成结果表明,M组和L组的幼年雌鼠的肠道菌群与CON组没有显著的差异。而L组的幼年雄鼠肠道菌群与CON组无显著变化,但M组的幼年雄鼠肠道厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度发生了显著变化,Firmicutes与Bacteroidetes的比值显著增加为CON组的2.13倍。此外M组暴露的幼年雄鼠肠道菌群中与肥胖相关的Alistipes和瘤胃球菌属(Ruminococcus)相对丰度增加。斯皮尔曼(Spearman)相关性分析结果显示,M组暴露的幼年雄性大鼠肠道56个菌属中有32个与宿主生物学特性显著相关(p<0.05)。(2)实际可检测剂量NAs混合暴露性别选择性影响幼年大鼠血清及尿液代谢表型:血清和尿液代谢小分子的分析可以整体反应生物体对外界影响的代谢响应,我们以自来水厂出厂水中实际可检测剂量的6种NAs为目标化合物,对幼年大鼠灌胃暴露后分析了实验动物血清及尿液代谢表型的变化特征。首先,血液生化指标显示,幼年雌鼠在L组的NAs混合暴露后血清中谷草转氨酶(Aspartate aminotransferase,AST)等血液生化指标未发生显著变化。而幼年雄鼠在L组的NAs混合暴露后血清中AST显著下调,表现出明显的性别选择性。其次,主成分分析(Principal component analysis,PCA)和偏最小二乘法判别分析(Partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)的结果表明,雌雄幼年大鼠血清及尿液中的代谢物在L组的NAs混合暴露后,与CON组相比,都可以得到良好的区分。进一步对血清中差异性代谢物的代谢通路富集分析表明:L组NAs混合暴露的雌性幼年大鼠血清中,只有2条代谢通路(牛磺酸与亚牛磺酸代谢通路和甘油磷脂代谢通路)被显著扰动。而L组NAs混合暴露的雄性幼年大鼠血清中,8条代谢通路(谷氨酰胺和谷氨酸代谢的通路,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢的通路,氮素代谢的通路,氨酰基-t RNA生物合成通路,精氨酸与脯氨酸代谢通路,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成通路以及甘油磷脂代谢通路)发生了明显的变化。对尿液中差异性代谢物的代谢通路富集分析表明:L组NAs混合暴露后的雌性幼鼠尿液中仅1条代谢通路(甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路)被显著干扰。而雄性幼鼠在L组NAs混合暴露后,3条代谢通路(苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成通路,苯丙氨酸代谢通路,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成通路)受到显著影响。以上结果说明低剂量NAs混合暴露对幼年雄鼠的代谢表型干扰效应更大。(3)实际可检测剂量NAs混合暴露影响幼年大鼠粪便中代谢小分子及其与肠道菌群变化相关性研究:与血清和尿液不同的是,粪便中的代谢小分子的变化能反应生物体受到外界影响时肠道菌群与宿主共代谢的变化情况。我们以自来水厂出厂水中实际可检测剂量的6种NAs为目标化合物,对幼年大鼠灌胃暴露后分析了实验动物粪便代谢小分子的变化特征。PCA和PLS-DA的结果表明:雌雄幼年大鼠粪便中的代谢物在L组的NAs混合暴露后,与CON组相比,都可以得到良好的区分。L组的NAs暴露后,雌鼠粪便中有7种代谢物显著上调。而雄鼠在L组的NAs暴露后粪便中有6种代谢物显著上调。肠道菌群和宿主之间的共代谢体系极为复杂,二者相互作用相互影响。因此,本研究进一步分析了经过L组NAs暴露后,雌雄幼年大鼠粪便中差异代谢物与差异肠道菌群的相关性。结果表明,雌鼠粪便中3种差异菌群与7种差异代谢物之间呈现显著的负相关。而雄鼠4种差异菌群与差异代谢物之间呈现显著的负相关,2种差异菌群与差异代谢物之间呈现显著的正相关。综上所述,本研究首次用体内实验(in vivo)说明了低剂量新型消毒副产物NAs混合暴露的潜在健康风险。NAs在低剂量下对幼年大鼠代谢的扰动效应及潜在的肥胖风险具有性别差异性,幼年雄鼠更为敏感,更容易受到影响。这提示我们应该将肠道菌群及代谢组学作为重要靶点,纳入到传统的哺乳动物风险评估中,并深入研究相关的作用机制。