氟苯尼考(florfenicol,FF)是一种被广泛使用的兽用抗生素,摄入动物体内后不能被完全吸收代谢,会以代谢物的形式通过尿液和粪便排出体外进入环境,目前在土壤、沉积物和水环境中均检测出FF残留。此外,动物体内的FF会通过食物链进入人体,目前已在人体尿液中检出较高浓度的FF,提示其对人体健康的潜在威胁。现有研究发现FF具有致肥胖效应,而肥胖是糖尿病最大的风险因素之一,然而FF对生物体糖代谢的具体影响及其作用机制尚不清楚。本研究以斑马鱼为模式生物,采用环境相关浓度的FF(1、10和100μg/L)暴露成年斑马鱼28 d,首先分析了FF对斑马鱼糖代谢的具体影响,然后从扰乱肠道菌群结构和组成,继而改变肠道菌群代谢产物短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)含量,并干扰SCFAs下游FFAR3和AMPK信号转导通路的角度,阐明了FF扰乱糖代谢的作用机制。此外,本研究还通过运用非靶向代谢组学技术,检测了暴露后斑马鱼肝脏中的其它差异代谢物,探讨了SCFAs外其它重要大分子代谢水平变化与FF诱导的糖代谢紊乱的关联性。研究结果表明:(1)1、10、100μg/L的FF暴露28 d导致了斑马鱼血糖失衡和糖代谢调控通路紊乱。采用葡萄糖和糖原检测试剂盒、石蜡切片和实时荧光定量PCR(Real-time PCR,RT-PCR)等方法,本研究检测了Staurosporine生产商空腹血糖值、肝肌糖原含量以及糖代谢调控通路中关键酶的基因表达水平,从血糖的来源(糖原分解和糖异生)和去路(糖原合成和糖酵解)两个方面系统分析了环境相关浓度的FF暴露对斑马鱼糖代谢的影响。结果发现,雄鱼中,各个浓度的FF暴露均会显著升高血糖水平,血糖升高主要与暴露后糖酵解受到抑制,而糖异生Liver biomarkers和/或肝糖原分解过程受到促进有关。雌鱼中,与雄鱼不同,血糖水平在1和10μg/L暴露浓度组显著升高,但在100μg/L暴露浓度组显著降低。其中,1和10μg/L暴露浓度组血糖升高主要与糖异生过程(10μg/L组)受促进,而糖原合成(10μg/L组)和糖酵解(1μg/L组)受抑制有关;100μg/L FF暴露后,雌鱼肝肌糖原合成和糖酵解过程受到显著促进,是血糖水平降低的重要原因。结果表明,FF暴露可以通过扰乱斑马鱼体内糖异生、糖原分解/合成和糖酵解等糖代谢过程,影响血糖的来源和去路,最终破坏血糖平衡。(2)1和100μg/L的FF暴露改变了肠道菌群的结构和组成,降低了肠道SCFAs含量,干扰了SCFAs下游FFAR3和AMPK等信号通路的转导。16S r RNA测序结果发现,暴露后放线菌门(雌雄鱼)、变形菌门(雄鱼)和经黏液真杆菌属(雌鱼)的丰度显著升高、拟杆菌属(雌雄鱼)和鲸杆菌属(雌雄鱼)的丰度点击此处显著降低,这些菌群的变化与FF诱发的高血糖是一致的。靶向代谢组学结果发现,FF暴露显著降低了肠道中SCFAs(乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸、戊酸、己酸)的含量,这可能是FF暴露改变了与SCFAs代谢相关的菌群(梭杆菌门、拟杆菌门和疣微菌门)的丰度导致的。此外,除直接减少SCFAs含量外,FF暴露还能够通过干扰FFAR3和AMPK两条信号通路,抑制胰岛素的合成与分泌、干扰糖代谢过程并最终诱发高血糖。结果表明,FF暴露可能通过破坏肠道菌群稳态降低SCFAs含量、以及干扰SCFAs下游信号通路转导两个方面,产生糖代谢毒性。(3)除SCFAs外,前列腺素I2(Prostaglandin I2,PGI2)和脂氧素A4(Lipoxin A4,LXA4)可能也与FF诱发的糖代谢紊乱相关。采用非靶向代谢组学技术和KEGG分析方法,本研究首次分析了FF暴露后的斑马鱼肝脏代谢组的变化。结果发现,FF暴露后斑马鱼肝脏代谢组出现明显整体区分,差异代谢物主要集中在花生四烯酸代谢和亚油酸代谢两条通路。花生四烯酸代谢物PGI2和LXA4可能与FF诱发的糖代谢紊乱相关;雌鱼在100μg/L暴露浓度组呈现出的胰岛素敏感性增高、血糖水平降低的现象,可能与这两种代谢物的抗炎作用有关。综上所述,本研究首先从多个方面系统分析了环境相关浓度的FF暴露对斑马鱼糖代谢的干扰效应;然后从改变肠道菌群的结构和组成、抑制SCFAs产生,并干扰FFAR3和AMPK等下游信号通路的角度,阐明了FF干扰葡萄糖代谢的主要作用机制;此外,本研究还发现花生四烯酸代谢物PGI2和LXA4可能与FF诱发的糖代谢紊乱相关。本研究结果为FF的健康风险评价和环境管理提供了基础数据。