氟化物通过抑制胆固醇合成（HMGCR/CYP51A1）及miR-200c-3p调控致内皮细胞损伤的机制及人群证据

本研究针对氟化物致心血管损伤的早期事件——内皮细胞功能障碍，深入探讨了其通过破坏胆固醇合成通路引发损伤的分子机制。研究人员通过动物模型和细胞实验发现，氟化物暴露下调胆固醇合成关键酶HMGCR和CYP51A1的表达，降低细胞内、膜及血清中TC、HDL-C和LDL-C水平；并证实miR-200c-3p参与这一调控过程。人群研究进一步显示，高氟暴露与血清HDL-C降低及TG/HDL-C比值升高显著相关。该研究为氟相关心血管疾病机制提供了新视角，对公共卫生策略制定具有重要科学意义。

　　

在全球范围内，氟化物作为一种天然存在的元素，通过饮水、食物和口腔护理产品长期、广泛地暴露于人类，导致地方性氟中毒在50多个国家和地区流行。中国曾是氟中毒危害最严重的国家之一，除上海和海南外所有省份均有不同程度流行，受威胁人口近1亿。过量氟摄入对多器官系统产生不良影响，其中心血管系统易受高浓度氟化物的破坏，成为重大公共卫生问题。

血管内皮细胞作为血管壁的单层衬里，是心血管系统的关键组成部分，也是血液中物质首先接触的部位，其结构和功能完整性对维持血管壁和循环系统的正常功能至关重要。以往研究发现，氟化物可导致人颈动脉内膜增厚，引起血管内皮细胞排列紊乱、脱落和功能障碍，而内皮细胞损伤正是心血管疾病发展的早期事件。尽管氟化物对心血管系统的危害已被广泛认识，但其损害内皮细胞的具体机制仍不清楚。

胆固醇是内皮细胞膜的关键结构成分。胆固醇含量的减少可能增加膜的流动性和通透性，改变细胞膜的结构完整性，进而影响内皮细胞的结构与功能。内皮细胞中胆固醇的主要来源是内源性合成，该过程始于两个乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）形成HMG-CoA，在HMG-CoA还原酶（HMGCR，胆固醇合成的限速酶）的催化下还原为甲羟戊酸（mevalonate），随后经多步反应转化为胆固醇，其中Lanosterol-14α-脱甲基酶（CYP51A1）是催化胆固醇合成最后几步的关键酶。因此，研究氟化物对胆固醇生物合成途径中这些关键酶的影响，可能揭示氟化物引起胆固醇水平变化的机制。

值得注意的是，氟化物对血液和组织中胆固醇水平的影响存在争议。一些研究发现氟暴露人群血浆总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平降低，而另一些研究则报道高尿氟患者血清TC、TG和LDL-C水平显著升高。此外，高TG/HDL-C比值被认为是动脉粥样硬化的主要风险因素，用于评估患者心血管疾病风险。因此，氟化物暴露对胆固醇代谢的潜在影响亟需进一步研究。

另一方面，微小RNA（miRNA）在氟中毒过程中发挥重要调控作用。多项研究表明，miR-200c-3p、miR-221-3p和miR-122-5p-378d等参与氟中毒的调控。其中，miR-200c-3p作为氟中毒中的关键分子，可通过激活BMP4/Smad通路引起骨骼氟中毒，并通过调节miR-200c-3p/Fas轴诱导内皮细胞凋亡。尿液miR-200c-3p表达与氟积累、 Dental fluorosis grade 和软骨损伤评分相关，提示其作为氟中毒生物标志物的潜力。值得注意的是，miRNA也参与胆固醇合成的调控，例如miR-27通过靶向HMGCR基因转录抑制肝癌细胞中的胆固醇合成，miR-223通过直接抑制固醇酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶1和甲基固醇单加氧酶1来抑制胆固醇生物合成。作为氟中毒的关键分子，miR-200c-3p被推测可调节HMGCR和CYP51A1水平，但其在氟化物抑制胆固醇合成中的作用尚未明确。

在这一背景下，本研究通过建立氟中毒小鼠模型，观察氟化物对小鼠主动脉内皮细胞的影响；利用转录组分析和富集分析探索氟化物对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）胆固醇生物合成途径的干扰；通过体内外实验验证氟化物对胆固醇水平及HMGCR、CYP51A1表达的影响；探讨miR-200c-3p在氟抑制胆固醇合成中的作用；并开展流行病学调查，分析氟暴露与人群血清脂质水平的关系，为氟相关心血管疾病的机制防治提供新的理论依据。该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

为开展本研究，作者运用了多项关键技术方法：通过氟中毒小鼠模型（含不同浓度NaF处理组）进行体内实验，检测尿氟含量及主动脉病理变化；使用CCK-8法测定HUVECs活力并确定氟处理浓度；采用转录组芯片技术（Affymetrix GeneChip）分析氟处理HUVECs的mRNA表达谱；通过qRT-PCR和Western blot分别检测HMGCR和CYP51A1的mRNA和蛋白表达水平；利用免疫组化分析小鼠主动脉内皮细胞中HMGCR和CYP51A1的表达；通过试剂盒检测血清、细胞及上清中TC、HDL-C和LDL-C水平；采用Filipin染色观察细胞膜胆固醇含量；开展流行病学研究（基于黑龙江杜尔伯特蒙古族自治县755名居民的横断面调查），收集人口学信息并检测血清脂质及尿氟水平。

研究结果如下：

3.1. 氟化物诱导小鼠主动脉内膜病理改变

通过建立氟中毒小鼠模型，发现100 mg/L NaF组小鼠体重与对照组无显著差异，但尿氟含量显著增加，牙氟中毒发生率高达86.7%。HE染色显示，随着氟暴露增加，主动脉内膜内皮细胞排列逐渐紊乱，中膜平滑肌细胞和弹性纤维排列松散且呈波浪状紊乱，表明氟化物诱导了小鼠主动脉内膜的病理损伤。

3.2. 氟化物主要影响HUVECs胆固醇生物合成

mRNA微阵列分析显示，65 μmol/L NaF处理组与对照组之间存在128个差异表达mRNA（54个上调，74个下调）。GO富集分析表明这些mRNA显著富集于胆固醇生物合成、核小体组装和细胞分裂等生物过程；KEGG分析提示类固醇生物合成通路被富集。差异表达的HMGCR和CYP51A1作为该过程的关键酶，推测氟化物可能通过调节HMGCR和CYP51A1水平影响胆固醇生物合成，从而导致内皮损伤。

3.3. 氟化物降低内皮胆固醇水平

在动物和细胞模型中发现，100 mg/L NaF组小鼠血清TC和LDL-C水平降低；75 μmol/L NaF组HUVECs细胞内及上清中TC、HDL-C和LDL-C水平均下降；随着氟浓度增加，细胞膜胆固醇含量减少。表明氟化物降低了细胞内、外、内皮细胞膜及血清中的胆固醇含量。

3.4. 氟化物降低胆固醇生物合成关键酶的表达

在100 mg/L NaF组小鼠主动脉内皮细胞中，HMGCR和CYP51A1表达显著降低；75 μmol/L NaF处理的HUVECs中，HMGCR和CYP51A1的mRNA水平升高但蛋白水平下降，表明氟化物在转录后水平抑制了这两个关键酶的表达。

3.5. MiR-200c-3p参与氟化物对内皮细胞胆固醇合成的影响

通过转染miR-200c-3p抑制剂，发现抑制miR-200c-3p可增加细胞膜胆固醇及细胞内TC、HDL-C和LDL-C水平，但对细胞外胆固醇无显著影响。同时，抑制miR-200c-3p下调了HMGCR和CYP51A1的mRNA表达，但上调了其蛋白水平，表明miR-200c-3p参与调控氟化物介导的内皮细胞胆固醇生物合成抑制。

3.6. 地方性氟中毒患者血清HDL-C水平降低

对755名居民的分析发现，随着尿氟浓度升高，收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和TG/HDL-C比值增加，而HDL-C水平呈下降趋势。在调整性别、年龄、吸烟和饮酒等混杂因素后，这些效应仍显著；尤其在60岁以上人群中，HDL-C降低和TG/HDL-C升高更为明显，表明氟化物降低了人群血清HDL-C水平。

本研究通过体内外实验和人群调查，首次证实氟化物通过下调HMGCR和CYP51A1表达抑制内皮细胞胆固醇生物合成，导致胆固醇水平降低，进而引起内皮细胞损伤；并揭示miR-200c-3p在这一过程中的调控作用。人群研究进一步发现氟暴露与血清HDL-C降低及TG/HDL-C比值升高相关，提示氟化物可能通过引起血脂异常参与心血管疾病的发生。

该研究创新性地从胆固醇合成角度揭示了氟化物致内皮损伤的机制，为氟相关心血管疾病的防治提供了新的靶点和思路。其重要意义在于：一方面深化了对氟化物心血管毒性机制的理解，另一方面为高氟地区人群心血管健康风险的评估和干预提供了科学依据。未来研究可进一步探索miR-200c-3p与HMGCR/CYP51A1的直接调控关系，以及氟化物在不同暴露时间和浓度下对胆固醇代谢的差异化影响，为精准防治氟中毒提供更多实验证据。