目的通过氢化物发生-原子荧光光谱法检测全膝关节置换术中废弃的滑膜组织砷浓度,结合16s RNA菌群测序技术,探讨慢性砷暴露与肠道菌群组成二者的相关性。为改善和治疗暴露区居民慢性暴露情况,提供新的方法和思路。方法统计2021年11月至2022年12月于我院确诊为膝关节骨性关节炎(Kellgren-Lawrence分级Ⅳ级),且行膝关节双间室置换术的患者。收集相应膝关节置换术患者术中废弃的膝关节滑膜组织,将组织冻存于-80℃冰箱中保存,通过氢化物发生原子荧光法检测砷累积情况。收集符合纳入标准人群的中段粪便,液氮速冻后存于-80℃冰箱中保存。粪便样本通过16s RNA基因测序检测肠道菌群构成。资料收集完成后对样本进行分组及数据分析:(1)根据滑膜检出结果将研究对象分为砷暴露组(LH组)和非暴露组(N组),其中砷暴露组又分为高浓度砷暴露组(H组),低浓度砷暴露组(L组)。(2)收集各组的临床检查资料:平均血小板体积(MPV)、中性粒细胞百分比(GR%)、平均红细胞体积(MCV)、淋巴细胞百分比(LY%)、嗜酸性粒细胞百分比(EOS%)、血红蛋白浓度(HGB)收集并计算身体质量指数(Body mass index,BMI)。(3)肠道菌群分析中Alpha多样性分析可得到群落物种丰度、多样性和均一性,通过稀释性曲线了解样本的测序深度是否合理。(4)Beta多样性分析使用PCo A分析(principal co-ordinates analysis)与PLS-DA分析(Partial Least Squares Discriminant Analysis寻找更多)对组间进行区分。(5)Lefse分析检测物种差异性;(6)随机森林模型(Random Forest)检测物种组成的重要性;(7)RDA或者CCA分析菌群与临床因子的关系。结果根据纳排标准,最终对60例研究对象进行分析,包括22例非暴露组(N组)患者、38例砷暴露组(LH组)患者,其中L组19例,H组19例。(1)一般临床数据分析显示,各组中性粒细胞百分比(GR%)、平均红细胞体积(MCV)、淋巴细胞百分比(LY%)、嗜酸性粒细胞百分比(EOS%)、血红蛋白浓度(HGB)均存在显著组间差异。(2)暴露组与非暴露组Alpha多样性与Beta多样性存在显著差异(3)菌群差异分析结果表明非暴露组中主要富集的菌群有:丙酸杆菌科(Propionibacteriaceae)、丙酸杆菌(Propionibacteriales)、假丙酸杆菌属(Pseudopropionibacterium);低砷暴露组主要富集的菌群有:毛螺菌科(L achnospiraceae)、颤螺菌科(Oscillospiraceae)、脱硫弧菌(Desulfovibrionia)、脱硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)、脱磺杆菌(Desulfobacterota)、脱硫菌(Desulfovibriona les)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae);高砷暴露组主要富集的菌群有:厚壁菌(Fir micutes)、梭菌属(Clostridia)、颤螺菌(Oscillospirales)、瘤胃球菌科(Ruminococ caceae)、瘤胃球菌(Ruminococcus)、粪球菌属(Coprococcus)、毛螺菌科(Lachn ospiraceae)、伯克氏菌目(Burkholderiales)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)。(4)菌群组成结构分析显示暴露组中的经黏液真杆菌属(Blautiabiomarker discovery)、罗姆布茨菌属(Romboutsia)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)丰度较非暴露组更高,而在非暴露组中双歧杆菌属(Bifidobacterium)、大肠埃希菌属-志贺氏菌属(Escherichia-shigella)为优势表达。(5)随机森林模型(Random Forest)显示毛螺菌科(Lacselleck NMRhnospiraceae)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、优杆菌属(Eubacterium)、粪球菌属(Coprococcus)韦荣氏球菌属(Veillonella)、梭菌纲(Clostridia)、厌氧球菌属(Anaerococcus)、Monoglobus、Turicibacter、Parasutterella、红蝽菌目(coriobacteriales)、埃格特菌属(Eg gerthella)为砷暴露组与非暴露组重要的菌群差异。(6)对肠道菌群相对丰度与临床因子关联分析发现,非暴露组中平均红细胞体积(MCV)与菌群变化有显著相关性,而暴露组中淋巴细胞百分比(LY%)、血红蛋白浓度(HGB)、嗜酸性粒细胞百分比(EOS%)、平均红细胞体积(MCV)均与菌群变化具有显著相关性。结论1.膝关节滑膜组织砷暴露组与非暴露组,二者肠道菌群组成具有显著差异性。2.砷暴露下人体肠道菌群组成与动物实验的肠道菌群组成不同,主要为拟杆菌门与放线菌门占比有较大差异。3.砷暴露会显著改变肠道菌群α多样性、β多样性。导致肠道机会致病菌或致病菌增加,有益菌减少。但也存在如经黏液真杆菌属占比随砷暴露程度增加而增加,大肠埃希菌属-志贺氏菌属占比随砷暴露程度增加而减少的情况。4.非暴露组中平均红细胞体积(MCV)与菌群变化具有显著相关性,砷暴露组中血红蛋白浓度(HGB)、平均红细胞体积(MCV)、淋巴细胞百分比(LY%)、嗜酸性粒细胞百分比(EOS%)均与菌群变化具有显著相关性。