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砷(As)是公认的全球性污染物和无阈值的一级致癌物,经口摄入是砷进入人体的主要途径之一,科学准确地评估砷经口暴露对人体的健康风险十分重要。以砷生物可给性作为暴露剂量进行健康风险评估可以在一定程度上克服传统基于总量评估导致结果过于保守的问题,因此系统地研究砷经口摄入人体后的生物可给性具有重要的科学和现实意义。但是目前包括砷进入胃肠系统的生物可给性变化、形态转化,以及肠道微生物对砷的代谢研究均鲜见报道。本研究采用人体胃肠系统模拟方法,构建符合中国人群生理特征的肠道微生物生态系统,系统分析典型介质(土壤、大米和海虾)经口摄入后砷的生物可给性、形态转化规律及其健康风险,为完善砷经口暴露的人体健康风险评估体系提供科学依据。主要结论如下:构建的中国人群肠道微生物生态系统模拟器运行21 d后可达到稳定状态,模拟器培养的人体肠道微生物种类丰富,包括324个属,其中拟杆菌(Bacteroidetes)、变形菌(Proteobacteria)、厚壁菌(Firmicutes)和互养菌(Synergistetes)为主要菌群。供试土壤在胃、小肠和大肠阶段的砷生物可给性分别为13.84%±5.09%、21.45%±10.62%和17.65%±6.62%,肠道微生物可显著(P<0.05)增加砷的生物可给性。在胃和小肠阶段仅检测到以砷酸[As(V)]为主的无机砷。在大肠阶段,无机砷可被肠道微生物代谢转化为毒性未知的一甲基一硫代砷酸[MMMTA(V)]及毒性极强的一甲基亚砷酸[MMA(III)],增加了对人体的潜在风险。海虾中砷在胃、小肠和大肠阶段的生物可给性分别为79.48%±7.79%、87.08%±5.70%和68.64%±19.71%。海虾中砷以无毒的砷甜菜碱(As B)为主要赋存形态,同时还有少量亚砷酸[As(III)]和As(V)。海虾中的砷形态组成在胃、小肠和大肠中未发生改变。白灼和油炸烹饪处理的海虾中砷的生物可给性及其形态特征在胃肠模拟系统中无显著变化。供试大米中砷在胃和小肠阶段的生物可给性分别为56.18%±18.39%和68.74%±18.98%。大米中砷主要以高毒的As(III)为主要赋存形态,进入人体胃肠系统后砷形态组成特征未发生变化。供试介质中基于砷生物可给性的人体健康风险的评估结果低于总量的评估结果,供试土壤、海虾和大米中砷的HQ(Hazard Quotient)指数均低于1,但砷的CR(Carcinogenic Risk)指数均高于1.0×10-6,表明本研究中土壤、海虾和大米中的无机砷造成致癌风险的概率较高。