从肠道菌群角度重新认识食品添加剂-江苏省自然科学基金

作者：任怡霖 刘慎夤 张展

食品添加剂会通过扰乱肠道菌群的结构和功能，对人体健康产生潜在的威胁。而肠道菌群也能介导食品添加剂的代谢，进而影响其生物学效应。因此，肠道菌群可能影响食品添加剂的健康效应。

食品添加剂是广泛应用于食品中，为了改善其品质和色、香、味，或者为了防腐、保鲜等需要而加入食品中的物质，被誉为现代食品加工制造业的灵魂。按照来源可分为天然食品添加剂和人工合成食品添加剂。根据我国《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)(简称《食品安全标准》)，食品添加剂可分为22类，如乳化剂、甜味剂、着色剂、抗结块剂等。随着消费者对于食品营养及质量的追求，加工食品的地位逐渐攀升，食品添加剂的需求量也在不断增加。全球食品添加剂市场的总产值从1988年的150亿美元增加到2000年的160亿美元;我国的食品添加剂产量也迅猛增加，2021年1—7月的产量为632.6万吨，同比增长10.44%。

食品添加剂的安全问题

在现实生活中，人们往往将食品添加剂和非法添加物混为一谈。2006年的“苏丹红”红心鸭蛋事件以及2008年的“三聚氰胺”毒奶粉事件使得人们对食品添加剂产生误解，其实“苏丹红”和“三聚氰胺”都是非法化学添加物，而非食品添加剂。这些事件误导了公众对食品添加剂的认知，甚至很多人认为“天然的食品添加剂比人工合成添加剂更为健康”。其实，《食品安全标准》中明确规定了食品添加剂的允许使用品种、使用范围以及最大使用量或残留量，按照其规定剂量标准合理使用食品添加剂并不会造成食品安全隐患。而即使是天然食品添加剂，如果超量使用，同样也可能对人体健康造成一定的威胁[1]。

尽管美国食品药品监督管理局认为食品添加剂是相对安全的，但是许多食品添加剂对人体具有潜在的健康威胁。例如，无热量人工甜味剂是世界上使用最广泛的食品添加剂之一，被广泛添加于甜食、酸奶和饮料之中。然而，流行病学调查和动物实验结果表明，长期摄入阿巴斯甜、糖精、三氯蔗糖等无热量的人造甜味剂可影响机体的激素水平，导致实验动物和健康志愿者葡萄糖耐量受损(空腹血糖调节受损);还能改变子代大脑中奖赏基因的表达，加剧后代青少年时期的肥胖、糖耐量受损[2]。此外，多种食品添加剂复配使用后可能具有协同效应或者拮抗作用，也给食品安全带来诸多不确定性。

食品添加剂影响肠道菌群的

结构和功能

人体肠道寄居着约100万亿种微生物，其中大部分是细菌，但也有病毒、真菌和原生动物。它们编码300多万个基因，大约是人类基因数量的100倍，能产生数千种代谢产物，参与机体代谢、免疫等多个生物学过程[4]。通常情况下，不同种类的肠道菌群及其与宿主之间始终处于动态平衡，但辐射、膳食、药物、压力、环境化学物等因素可以扰乱肠道菌群的结构和功能，进而危害机体健康。

乳化剂是一类表面活性剂，是食品工业中用量最多的食品添加剂之一。它可显著降低油水两相界面张力，使互不相溶的油(疏水性物质)和水(亲水性物质)形成稳定的乳浊液，除此之外，还具有消泡、增稠、润滑等作用。常用的膳食乳化剂根据来源主要分为两类：一类是天然产物，如卵磷脂等;另一类是人工合成的产物，如羧甲基纤维素、山梨醇酐单硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯和聚山梨酯80等。

然而，长期摄入羧甲基纤维素、卡拉胶等乳化剂不仅会显著降低肠道菌群的多样性及肠道益生菌(例如阿克曼氏菌)的丰度，还会显著降低短链脂肪酸和游离氨基酸等代谢产物的浓度，进而导致代谢综合征、肠道炎症，甚至肠道肿瘤的发生[5]。另有研究者发现，羧甲基纤维素和聚山梨酯80等乳化剂的摄入不仅会对肠道菌群、代谢组和肠道屏障造成损伤，增加慢性炎症疾病风险，还可能导致焦虑行为的增加，以及社交行为的减少。

甜味剂，顾名思义，就是给食品增加甜味的一种物质。功能性高倍甜味剂安全性高，用量少，甜度高，使用成本一般远低于蔗糖。我国允许使用的甜味剂分为两大类：一类为化学合成品，如糖精、甜蜜素、安赛蜜;另一类为天然产物，如甜叶菊苷、甘草、麦芽糖醇等。

三氯蔗糖，俗称蔗糖素，是一种高倍甜味剂。长期摄入会改变人体肠道菌群的组成，如增加梭状芽孢杆菌的丰度，同时大大抑制了双歧杆菌、乳杆菌和类杆菌等有益菌的丰度。研究者将三氯蔗糖处理后的小鼠粪便培养物移植到无菌小鼠体内后，发现实验动物会出现葡萄糖耐量受损，说明三氯蔗糖可影响肠道菌群的结构和功能，进而导致代谢综合征[6]。另有研究者发现，孕期大鼠摄入低剂量阿巴斯甜和甜叶菊等甜味剂后，会显著扰乱其体内糖脂代谢和肠道菌群，并影响子代大鼠的进食偏好，从而重塑其子代肠道菌群结构。

抗结块剂是用于防止颗粒或粉状食品聚集结块,保持其松散或自由流动的物质。常见的抗结剂包括亚铁氰化钾、硅酸钙、硅铝酸钠、磷酸三钙、二氧化硅、硬脂酸镁等。研究发现，二氧化钛、二氧化硅等抗结块剂的摄入也会影响肠道菌群的稳态，如改变厚壁菌门/拟杆菌门细菌的比例，降低乳酸杆菌的丰度，增加变形杆菌的丰度，进而破坏肠道屏障与黏膜免疫功能。

此外，自然、柔和、令人赏心悦目的颜色可以激起人们的食欲, 增加消费者的购买欲望，因此常在食品中加入着色剂。按来源，可将着色剂分为人工合成着色剂和天然着色剂;按结构，人工合成着色剂又可分为偶氮类、氧蒽类和二苯甲烷类等。柠檬黄是一种偶氮类着色剂，安全性相对较高。但研究发现，柠檬黄也可使肠道中玫瑰单胞菌、芽孢杆菌等益生菌的丰度显著降低，并减少短链脂肪酸的含量，诱发氧化应激，增加促炎因子的表达，进而诱发肠道炎症反应。

肠道菌群介导食品添加剂的健康效应

肠道菌群介导食品添加剂的代谢

肠道菌群作为一个复杂的微生态系统，时刻影响着宿主的健康状况。越来越多的证据显示，肠道菌群也会参与机体对食品添加剂的代谢，进而影响食品添加剂对机体的作用。其中，肠道菌群—三甲胺—氧化三甲胺代谢途径与心血管疾病的相关性研究是最典型的例子。

磷脂酰胆碱是一种天然乳化剂，可在脂肪酶的作用下形成多种代谢产物。当摄入的这类食品添加剂到达盲肠和大肠后，肠道中的部分菌群产生的胆碱三甲胺裂解酶可将胆碱代谢为三甲胺;而后三甲胺经肠壁进入血液循环到达肝脏，被肝脏中的黄素单加氧酶迅速氧化为氧化三甲胺，进而可以增加巨噬细胞中胆固醇的积累、动脉壁中泡沫细胞(吞噬了脂质的单核细胞或组织细胞)的积累和动脉粥样硬化，从而增加心脏病、中风和死亡的风险[7]。

此外，奶茶、雪糕和饮料中常添加偶氮着色剂，如诱惑红和日落黄等。研究发现，某些肠道微生物，例如卵形拟杆菌和粪肠球菌等可产生偶氮还原酶，将这些偶氮着色剂代谢为1-氨基-2-萘酚-6-磺酸钠盐，而该代谢物近期被证明可诱导结肠炎的发生。

合理开发使用食品添加剂、保证食品安全，已成为全民关注的热点问题。许多食品添加剂可扰乱肠道菌群的结构和功能，进而影响机体健康;而肠道菌群也可介导食品添加剂的代谢进而影响其健康效应。因此，在食品添加剂的危害识别、风险评估过程中，需要聚焦肠健康，探讨肠道菌群在其中的关键作用，其参与的生理病理过程将逐渐成为新型食品添加剂开发及其安全性研究的重要阵地。

[本文相关研究得到江苏省自然科学基金(BK20201354)和江苏高校优势学科(公共卫生与预防医学)建设工程三期项目(PAPD，2014)的资助。]

任怡霖，硕士生;刘慎夤，硕士生;张展，副教授：南京医科大学公共卫生学院，南京 211166。zhanzhang@njmu.edu.cn

Ren Yilin, Master Degree Candidate; Liu Shenyin, Master Degree Candidate; Zhang Zhan, Associate Professor: School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166.

[1]Il A, Yjp B, Min J, et al. Associations of urinary concentrations of phthalate metabolites, bisphenol A, and parabens with obesity and diabetes mellitus in a Korean adult population: Korean National Environmental Health Survey (KoNEHS) 2015-2017. Environment International, 2021, 146: 106227.

[2]Nettleton J E, Cho N A, Klancic T, et al. Maternal low-dose aspartame and stevia consumption with an obesogenic diet alters metabolism, gut microbiota and mesolimbic reward system in rat dams and their offspring. Gut, 2020, 69 (10): 1807-1817.

[3]Chassaing B, Koren O, Goodrich J K. Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome. Nature, 2015, 519 (7541): 92-96.

[4]Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology, 2021, 19 (1): 55-71.

[5]Chassaing B, Compher C, Bonhomme B, et al. Randomized controlled-feeding study of dietary emulsifier carboxymethylcellulose reveals detrimental impacts on the gut microbiota and metabolome. Gastroenterology, 2022, 162(3): 743-756.

[6]Suez J, Korem T, Zeevi D, et al. Artificial sweeteners induce glucose intolerance by altering the gut microbiota. Nature, 2014, 514 (7521): 181-186.

[7]Tang W H, Wang Z, Levison B S, et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. New England Journal of Medicine, 2013, 368 (17): 1575-1584.

[8]He Z, Chen L, Catalan-Dibene J, et al. Food colorants metabolized by commensal bacteria promote colitis in mice with dysregulated expression of interleukin-23. Cell Metabolism, 2021, 33 (7): 1358-1371.

关键词：食品添加剂 肠道菌群 代谢 人体健康

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