近年来,沙门氏菌等食源性肠道致病菌引起的疾病发病率逐年递增,而环境污染物作为一种致病因素的角色日益突显。镉是一种具有毒性,分布广泛的重金属污染物,能够导致世界范围内的环境健康问题。由于近代工业的发展,金属开采、冶炼、加工、化工生产、汽车尾气排放等人类活动中排放的镉,使生存环境受到了广泛的镉污染。镉可通过吸入性粉尘,污染的水源和食物链被摄入体内,由于其半衰期长,极难由体内排出,因此能够造成毒性的积累,导致多种脏器的损伤。重金属镉导致的污染和中毒现象,已经成为一个重要的公共健康和安全问题。然而,镉的摄入是否会影响肠道病原菌的易感性,其结果和具体机制尚未研究清楚。本研究旨在探究镉摄入对肠道黏膜屏障和肠道病原菌易感性的影响。通过建立亚急性镉暴露小鼠模型,评价重金属镉对机体的损伤,探究镉暴露对小鼠精神状态,死亡率,体重的影响及镉毒性对小鼠肠道屏障的损伤,在该模型下探究镉对低水平的鼠伤寒沙门氏菌感染性的影响及其机制。研究结果证实,摄入12.5mg/kg的镉可造成小鼠体重减轻,肠道黏膜屏障的损伤,炎症因子水平升高,并且可降低黏蛋白Muc2的表达水平和分泌型细胞的数量。通过检测活性氧（ROS）和Notch信号通路的变化,证实镉通过诱导ROS的产生,激活Notch信号通路,从而调控肠道干细胞的分化。镉造成肠道黏膜屏障的损伤以及分泌型细胞的缺失,导致低剂量（10~2 =CFU）的鼠伤寒沙门氏菌易感性的增加,表现为高死亡率,体重的显著降低和严重的肠道炎症。然而,通过抑制ROS的产生和Notch信号通路的活化,缺失的分泌型细胞数目得到回补,且由镉摄入导致的肠道黏膜屏障的损伤和沙门氏菌感染的严重性也得到了改善。本研究表明,镉的摄入不仅影响肠屏障的完整性和肠上皮分化,还增加了饲料污染或环境污染引起的肠道致病菌感染的风险,该结果敲响了公共卫生和畜禽养殖安全的警钟。本研究分为以下六个部分:1.镉摄入对肠黏膜屏障的影响镉通过污染的饮水和饲料进入畜禽体内,首先接触肠道,肠道不仅负责营养物质的吸收,也是抵抗外界有害物质和病原微生物入侵的主要器官。为了探究机体摄入重金属镉对肠道黏膜屏障的损伤,本研究首先建立了重金属镉污染的小鼠模型。C57BL/6小鼠每天摄入12.5mg/kg浓度的CdCl2或者等体积的PBS,连续饲喂2周。观察发现,小鼠在摄入镉的2周内,体重明显下降。通过宏观、组织学和分子参数评估肠黏膜屏障的完整性,结果表明,镉处理小鼠的肠道和PBS处理组小鼠比,整个肠段变短变细,且透明度增加。在微观层面,镉处理小鼠的组织病理学得分比PBS处理组小鼠明显较高,肠绒毛变短变粗,并出现肠绒毛融合的现象。与PBS处理的小鼠相比,镉处理组的小鼠血清中LPS和肠道组织中TNF-α的水平显著较高。并且,在镉处理组小鼠的肠道和肝脏组织中能够检测到高浓度镉的蓄积,尤其是肝脏组织镉浓度更高,而对照组均未检测到。黏蛋白2（Muc2）和溶菌酶（Lyz-1）,是抵御肠道病原体侵袭的重要抗菌物质。有趣的是,小鼠在摄入镉后,杯状细胞数量以及Muc2基因的表达水平显著降低。与此同时,镉暴露对潘氏细胞的数目和溶菌酶表达水平有一致的抑制效果。这些结果表明镉暴露对小鼠肠黏膜屏障不利的影响。2.镉通过活性氧（ROS）激活Notch信号通路,导致分泌型细胞减少由于已有研究证实,重金属镉进入机体后,可导致氧化应激产生ROS。同时,本研究表明镉处理小鼠后,可导致小鼠肠道中分泌型细胞,即杯状细胞和潘氏细胞的数目减少,而Notch信号通路主要负责调控分泌型细胞的分化。而镉,ROS和分泌型细胞以及Notch信号通路之间的关系仍然未知,因此本部分旨在探究重金属镉是如何影响分泌型细胞的分化。通过利用重金属镉和ROS的清除剂NAC同时连续处理小鼠2周,探究ROS对Notch通路和分泌型细胞的影响。结果表明,镉处理的小鼠体重持续下降,而同时用NAC和镉处理的小鼠体重下降幅度较小。通过测定氧化型谷胱甘肽（GSH）和还原型谷胱甘肽（GSSG）的浓度及其比值,用来评价镉对机体氧化还原状态的影响。结果发现,镉暴露显著降低GSH的水平和GSH/GSSG的比值,而NAC和镉同时处理的小鼠则表现出明显的改善。D114和Jag1是Notch通路的两种配体,可调控Notch通路靶基因Hes1的表达。研究发现镉可以上调Jag1、D114、Notch1、Hes1的表达,下调Math1基因的表达,说明镉激活了 Notch通路。但经NAC处理后,镉导致的相关基因表达上调的现象得到抑制。此外,通过免疫组织化学（IHC）检测到的NICD表达水平的升高也进一步证实了Notch通路的活化。通过检测分泌型细胞数量和黏液量的变化,结果表明,镉暴露导致的分泌型细胞和肠黏液丢失的现象,在NAC处理后得以增加。与此同时,Muc2和Lyz-1的基因表达水平与细胞数目变化趋势保持一致。以上结果表明,镉通过产生ROS激活Notch通路,进而导致分泌型细胞的丢失。为进一步探究镉对ROS和Notch通路的调控,研究采用镉或NAC处理肠道类器官。镉处理8h后,80%以上的肠道类器官明显受到损伤。然而,同时用NAC处理的肠道类器官损伤的百分比明显降低。肠道类器官的损伤可能是由于GSH和GSH/GSSG比值降低,ROS增加导致,而通过NAC处理缓解了这一现象。同时,镉处理显著增加Jag1,D114、Notch1和Hes1等基因的表达,并降低了 Math1基因表达,NAC处理后也逆转了这一现象。此外,NAC也改善了镉暴露造成的UEA-1+细胞的减少,以及Muc2和Lyz-1的表达。3.镉摄入加剧小鼠对鼠伤寒沙门氏菌的易感性分泌型细胞在抵御病原微生物入侵方面起着至关重要的作用,而重金属镉的摄入导致分泌型细胞数目减少。因此,本研究探讨镉暴露对鼠伤寒沙门氏菌易感性的影响。重金属镉处理小鼠2周后,分别用10~2和10~8CFU剂量的鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠。有趣的是,和单独用等剂量沙门氏菌处理的小鼠比,同时用镉和沙门氏菌处理的小鼠的死亡率显著增加,体重显著降低。同时,镉摄入也显著增加肝脏组织中鼠伤寒沙门氏菌的载量。而在宏观和微观层面上,镉暴露显著增强鼠伤寒沙门氏菌的感染,表现为全身的病理损伤,肠道炎症程度增加,肠道组织出血严重。与单独鼠伤寒沙门氏菌处理组小鼠比,同时镉和鼠伤寒沙门氏菌处理小鼠的肠道组织病理评分显著性提高。此外,镉和鼠伤寒沙门氏菌处理小鼠血清中LPS和肠组织中TNF-α的浓度和单独鼠伤寒沙门氏菌组小鼠相比,也显著增加。4.抑制活性氧的产生,可以缓解由鼠伤寒沙门氏菌引起的肠道炎症和死亡前面的研究发现,镉可通过诱导机体产生ROS,激活Notch通路,导致分泌型细胞减少,并且镉暴露导致沙门氏菌易感性的增加。为了进一步探究镉摄入后,ROS对沙门氏菌易感性的影响,小鼠被灌胃镉和NAC连续2周,然后在第10天用10~2CFU的鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠。结果表明,NAC表现出一定的保护作用,具体表现为在镉摄入前提下再感染沙门氏菌的小鼠的死亡率降低和体重下降变缓。同时,和未用NAC处理的小鼠比,NAC处理组小鼠肠绒毛固有层红细胞浸润减少,上皮损伤减轻以及组织病理学评分下降。与单独的镉处理后感染沙门氏菌组小鼠相比,小鼠肠组织中TNF-α含量,沙门氏菌在肝脏中的菌载量,在经NAC同时处理的小鼠中均得到降低。此外,NAC还可增加GSH/GSSG比值。结果表明,镉可通过诱导ROS的产生,从而加剧鼠伤寒沙门氏菌的感染。5.抑制Notch通路或恢复杯状细胞数目,可以缓解由沙门氏菌引起的肠道炎症和死亡为了进一步验证,镉是否通过诱导分泌型细胞丢失进而加剧鼠伤寒沙门氏菌的感染,将小鼠连续灌胃镉2周,然后在镉处理的第9天分别用Notch通路的抑制剂DBZ或杯状细胞的诱导剂PGE2连续处理小鼠5天,接着在镉处理的第10天用10~2CFU剂量的鼠伤寒沙门氏菌去感染小鼠。结果发现,在鼠伤寒沙门氏菌感染的第2天开始,同时用镉处理的小鼠就开始出现死亡,而用DBZ和PGE2处理的小鼠死亡率降低或无死亡。与此同时,只接受镉与鼠伤寒沙门氏菌同时处理小鼠呈现持续的体重下降。相比之下,接受DBZ和PGE2的小鼠在第4天后体重变化几乎基本趋于稳定。小鼠在摄入镉和鼠伤寒沙门氏菌感染下,肝脏中菌的载量和血清中LPS的含量以及肠组织中TNF-α浓度都显著较高,而这种肠黏膜屏障损伤的现象,在接受DBZ或PGE2处理的小鼠中可得到明显的改善。DBZ或PGE2处理均可通过下调Notch信号通路相关基因（Jag1,D114,Notch1和Hes1）mRNA的表达水平,以避免镉摄入导致的Notch通路的过度活化。此外,NICD蛋白表达水平降低,进一步验证了Notch通路受到了抑制。与对照组相比,DBZ和PGE2处理后小鼠杯状细胞和潘氏细胞数以及黏液量增加。同时,分析了Muc2和溶Lyz-1基因表达的趋势与杯状细胞数目变化一致。这些数据表明,Notch通路和分泌型细胞参与了镉暴露导致的鼠伤寒沙门氏菌易感性的增加。6.镉摄入加剧小鼠对单核增生李斯特杆菌和出血性大肠杆菌的易感性鼠伤寒沙门氏菌是主要的食源性肠道致病菌之一,可导致严重的胃肠道疾病,危害全世界人类及畜禽养殖的肠道健康。此外,大肠杆菌,弯曲杆菌以及李斯特杆菌等也位列其中。为进一步探究由饮食摄入的镉暴露对肠道致病菌易感性的影响,分别用镉和NAC连续处理小鼠2周,然后在镉处理的第10天,分别用10~2或10~8CFU剂量的单核增生李斯特杆菌或出血性大肠杆菌去感染小鼠。结果表明,与NAC处理组相比,镉处理后感染等量的单核增生李斯特杆菌或出血性大肠杆菌的小鼠表现为死亡率增加和体重显著下降,表明NAC处理对单核增生李斯特杆菌或出血性大肠杆菌感染有保护作用。与单独的单核增生李斯特杆菌和出血性大肠杆菌感染小鼠相比,镉的暴露也明显增加单核增生李斯特杆菌或出血性大肠杆菌在肝组织中的载量,肠道炎症程度以及组织病理学评分的升高。然而,NAC处理组小鼠肝脏细菌含量较少,同时病理损伤及得分降低。NAC的保护作用同样体现在降低的LPS的水平和TNF-α的浓度。