IRE1α介导孕期砷暴露致雄性子代肝α-KG耗竭的机制研究

本研究聚焦孕期砷暴露对子代肝脏代谢的长期影响，揭示了环境毒物通过内质网应激关键传感器IRE1α信号通路抑制α-酮戊二酸(α-KG)合成酶表达的新机制。研究人员通过体内外实验证实，砷暴露激活IRE1α磷酸化，下调IDH1/2表达导致α-KG水平下降，而ERstress抑制剂4-PBA和IRE1αsiRNA干预可逆转该效应。该发现为环境污染物引发的代谢编程障碍提供了新的治疗靶点，对保障人口健康具有重要意义。

　　

在当今工业化进程中，环境污染物对人类健康的长期影响已成为全球关注的重大公共卫生问题。其中，砷作为一种广泛存在于自然环境中的类金属元素，可通过饮用水、食物链等途径进入人体，尤其对孕期母体及胎儿发育构成严重威胁。世界卫生组织(WHO)设定的饮用水砷安全标准为10μg/L，但多项研究显示，包括亚洲多国在内的地区地下水砷浓度严重超标，某些污染区域甚至高达14.2mg/L。更令人担忧的是，砷能够穿透胎盘屏障，在胎儿肝脏中富集超过20倍，这可能通过"健康与疾病发育起源"(DOHaD)理论所阐述的胚胎期表观遗传重编程机制，导致子代成年后代谢性疾病易感性增加。

既往研究表明，孕期砷暴露会引起子代肝脏脂质沉积，但其深层机制尚未明确。α-酮戊二酸(α-KG)作为三羧酸循环(TCAcycle)的关键中间体，不仅参与能量代谢，还在抗氧化防御、信号传导和表观遗传调控中发挥核心作用。近年研究发现α-KG对肝病治疗具有潜在价值，能改善糖尿病小鼠的肝糖异生和血糖水平，并预防高脂饮食诱导的脂代谢紊乱。团队前期工作证实孕期砷暴露会降低雌性子代肝脏α-KG水平，但关于雄性胎儿的效应及其分子机制仍有待阐明。

为此，安徽医科大学公共卫生学院毒理学系的研究团队在《EcotoxicologyandEnvironmentalSafety》发表了最新成果，系统揭示了内质网应激(ERstress)传感器IRE1α在孕期砷诱导雄性子代α-KG耗竭中的关键作用。研究人员通过孕期砷暴露动物模型（15mg/LNaAsO₂饮水暴露）结合AML12小鼠肝细胞实验（5μMNaAsO₂多代刺激），采用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术定量α-KG水平，通过Westernblotting和RT-qPCR分析蛋白及基因表达，并运用ERstress抑制剂4-PBA和IRE1αsiRNA进行机制验证。

3.1.孕期砷暴露降低雄性子代和AML12细胞中α-KG含量

通过动物实验发现，孕期砷暴露显著降低雄性胎鼠和成年子代肝脏α-KG水平，同时伴随TCA循环中间产物（琥珀酸、富马酸、苹果酸）的减少。α-KG补充干预可缓解砷诱导的肝脏脂质沉积。分子机制研究表明，砷暴露下调α-KG合成关键酶Idh1和Idh2的mRNA表达。细胞实验进一步证实砷处理降低AML12细胞内α-KG含量，其中Idh2mRNA表达显著下调。

3.2.TM处理降低AML12细胞中α-KG含量

使用内质网应激诱导剂衣霉素(TM)处理AML12细胞，发现α-KG水平显著下降。基因表达分析显示TM特异性降低Idh1mRNA表达，而IDH2蛋白水平也明显减少，表明ERstress直接干扰α-KG合成通路。

3.3.孕期砷暴露激活雄性子代和AML12细胞中IRE1α信号

在雄性子代肝脏中，砷暴露显著上调IRE1α信号下游基因Xbp1t和Xbp1s的mRNA表达，并增加IRE1α磷酸化水平。成年子代肝脏中PerkmRNA表达也升高。细胞实验证实砷处理增加AML12细胞中磷酸化IRE1α蛋白表达，表明IRE1α信号通路被特异性激活。

3.4.4-PBA预处理缓解砷诱导的α-KG减少

使用ERstress抑制剂4-PBA预处理AML12细胞，可逆转砷引起的α-KG含量下降，上调Idh1和Idh2mRNA表达，恢复IDH2蛋白水平，并降低磷酸化IRE1α。免疫荧光结果显示4-PBA预处理改善砷引起的IDH1蛋白减少。

3.5.IRE1α敲低逆转砷诱导的α-KG减少

通过IRE1αsiRNA干预AML12细胞，显著提高α-KG水平，降低IRE1α蛋白表达，并逆转砷引起的IDH2蛋白下调，证实IRE1α激活直接导致α-KG合成抑制。

研究结论与讨论部分指出，本研究首次阐明孕期砷暴露通过激活IRE1α信号通路，下调IDH1和IDH2表达，导致雄性子代肝脏α-KG耗竭的分子机制。值得注意的是，IRE1α不仅介导Xbp1剪接，还可能通过其依赖的mRNA降解(RIDD)机制直接靶向降解Idh1和Idh2mRNA，这为环境污染物代谢毒性提供了新见解。

该研究的重要意义在于：从公共卫生角度，为环境砷暴露防治提供了理论依据；从临床转化角度，提示α-KG补充和ERstress干预可能作为预防砷相关性肝病的有效策略；从机制研究角度，揭示了环境污染物-内质网应激-代谢重编程之间的内在联系，为代谢性疾病的发育起源理论提供了实验证据。未来研究需进一步验证环境相关浓度砷的效应，并在原代肝细胞和女性模型中拓展研究结论，同时深入探讨IRE1α是否通过RIDD机制直接调控Idh1/2mRNA稳定性。