稻米中镉的人体生物有效性及调控机制研究

In China, numerous studies have shown elevated cadmium (Cd) concentrations in rice produced within heavy metal contaminated districts. Health risk associated with Cd-contaminated rice consumption is depended not only on total Cd concentration, but also on the bioavailability of Cd in rice to humans e.g., the Cd fraction in rice that can be absorbed into the systemic circulation following rice consumption. However, mechanism studies on factors and strategies influencing and modulating Cd bioavailability in rice are very limited. This research aims to reveal factors influencing Cd bioavailability and develop suitable strategies to decrease Cd bioavailability in rice. Firstly, by developing linear correlations between in vivo mouse bioassay and in vitro simulated gastrointestinal fluid assays, we will establish a fast and cost-effective in vitro assay that suitable to be used for bioavailability prediction. Then, the developed in vitro bioaccessiblity method will be used to measure bioaccessibility and predict bioavailability of Cd in large sample size of rice from various contaminated areas. In combination with techniques such as synchrotron radiation X-ray fluorescence and laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry, influences of concentration, speciation, distribution of Cd and mineral nutrient (calcium, iron, zinc, selenium, and chloride) in rice on Cd bioavailability will be revealed. Furthermore, based on the influence mechanisms, we will study the effectiveness of mineral nutrient dietary supplements and low dietary salt intake to modulate Cd bioavailability in rice and Cd exposure in human. In this aspect, theory studies based on in vivo mouse bioassay and application studies based on population-based intervention will be combined. By developing strategies to decrease the health risks associated with Cd-contaminated rice, this research will help to protect food safety and maintain human health in China.

近年来，稻米镉含量超标问题在我国不同类型重金属污染区被广泛报道，而稻米中镉对人体的健康危害不仅取决于镉总量，镉的人体生物有效性更是关键因子。以往研究对稻米中镉人体生物有效性、影响因子及其调控机制的关注十分缺乏。本项目拟以镉稻米为研究对象，基于小鼠活体实验和体外胃肠模拟液方法，建立适用于快速测试稻米中镉人体生物有效性的体外胃肠模拟液方法；利用建立的体外方法，测试大批量稻米样品中镉的人体生物有效性，并结合同步辐射X射线荧光、激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱联用等技术，揭示稻米中镉和无机营养元素（钙铁锌硒氯）的含量、赋存形态、分布特征等因素对镉人体生物有效性的影响机制；在影响机制研究的基础上，联合小鼠实验和人群干预实验，揭示膳食补充钙铁锌硒和低食盐摄入降低稻米镉生物有效性的理论机制与实际效果，明确稻米镉生物有效性调控措施，为控制稻米镉健康危害提供理论依据，对保障我国食品安全和人体健康具有意义。

近年来，稻米镉含量超标问题在我国不同类型重金属污染区被广泛报道，而稻米中镉对人体的健康危害不仅取决于镉总量，镉的人体生物有效性更是关键因子。以往研究对稻米中镉人体生物有效性、影响因子及其调控机制的关注十分缺乏。本项目拟以镉稻米为研究对象，开展了以下研究工作：（1）利用小鼠为模式动物，通过长期饮食暴露后镉在小鼠肝脏和肾脏的积累为生物终点，建立了可在低浓度暴露条件下测定食品包括稻米中镉相对生物有效性的方法；（2）利用建立的小鼠实验方法，测试了从某镉污染区采集的食品（大米、小麦和蔬菜）中镉的生物有效性，基于生物有效性评估了当地人群镉暴露的主要途径为摄入大米；（3）进一步基于镉吸收毒性动力学模型，对比了基于大米总镉和考虑大米中镉的生物有效性后两种饮食镉摄入量计算方法对人群尿镉水平的预测效果，发现引入大米中镉的生物有效性后尿镉的预测值相比基于大米总镉含量得到的预测值更加接近实测值，揭示了镉的生物有效性在精确评价人体膳食镉暴露中的重要性；（4）分析了稻米镉生物有效性与稻米镉含量的相关关系，发现稻米镉含量越高，其镉人体生物有效性呈现升高的趋势，表明镉含量越高，其镉摄入后越容易吸收；（5）揭示了稻米镉生物有效性与稻米中钙、铁、锌与镉的摩尔比值存在显著负相关关系，表明稻米中钙、铁、锌等营养元素含量是控制稻米镉生物有效性的主要驱动因子；（6）探究了膳食补充硝酸铁、硝酸钙、硝酸锌对稻米镉生物有效性的影响及作用机制，发现补充硝酸钙和补硝酸铁可以有效降低稻米摄入后镉的生物有效性，而硝酸锌效果不佳，补充氯化钙反而会提高稻米镉的生物有效性；（7）进一步明确了膳食补充不同形态钙（碳酸钙、磷酸氢钙、葡萄糖酸钙、乳酸钙、天门冬氨酸钙、柠檬酸钙）和铁（硫酸亚铁、甘氨酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、EDTA螯合铁）降低稻米镉生物有效性的效果和机制，确立联合补充葡萄糖酸亚铁和天门冬氨酸钙可最大程度地降低稻米镉的生物有效性；（8）发现了膳食补充硒和稻米硒强化均不能显著降低稻米摄入后镉的生物有效性。本项目明确了稻米镉生物有效性的驱动因子，确立了可以降低稻米镉生物有有效性的营养元素调控及时，对降低人体镉暴露和保障食品安全具有重要意义。