线粒体翻译障碍诱发的神经炎症介导氟化物致认知缺损的新机制：C/EBPα-MRPL15-mtROS轴与姜黄素的干预作用

本研究针对氟化物暴露导致认知功能缺损的神经毒性机制不明问题，开展了线粒体翻译障碍触发神经炎症的主题研究。结果表明，氟化物通过转录因子C/EBPα上调线粒体核糖体蛋白L15（MRPL15），破坏线粒体翻译保真度，诱导线粒体活性氧（mtROS）过度产生，进而激活NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，最终导致海马依赖性认知损伤。研究首次揭示了线粒体翻译失调是氟化物神经毒性的新颖机制，并证实天然化合物姜黄素（CUR）可通过增强线粒体生物能量学和抑制mtROS/NLRP3-焦亡轴减轻氟化物神经毒性，为环境氟化物安全阈值再评估和神经保护策略提供了重要理论依据。

　　

在我们日常生活中，氟化物是一种广泛存在的元素，它既存在于自然环境中，也常见于饮用水、牙膏等日常用品中。然而，当氟化物摄入过量时，它就会从有益的朋友变成危险的敌人，引发一系列健康问题，其中最令人担忧的就是对神经系统的损害。大量研究表明，长期暴露于高氟环境会导致学习记忆能力下降，甚至智力受损，尤其对儿童神经发育构成严重威胁。尽管科学家们已经知道氟化物对大脑有害，但其背后的详细分子机制却一直笼罩在迷雾之中，特别是氟化物如何干扰神经细胞内部的精密运作，最终导致认知功能缺损，仍是未解之谜。

以往的研究将焦点放在了线粒体上——这个被称为细胞“动力工厂”的细胞器。线粒体功能紊乱，尤其是其内部独特的蛋白质翻译系统失调，被认为是多种神经系统疾病的共同通路。那么，氟化物是否也是通过干扰线粒体翻译，进而引发连锁反应，最终损害了我们的认知能力呢？为了揭开这个谜团，来自华中科技大学公共卫生学院的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了他们的最新研究成果。他们深入探索了从环境毒素到神经细胞内部，再到行为学表型的完整因果链条，并意外地发现了一个关键的分子开关，同时为预防氟中毒找到了一个潜在的天然解决方案。

为了回答上述科学问题，研究人员综合运用了体内外模型。他们建立了从孕期到成年的SD大鼠氟暴露模型，并通过莫里斯水迷宫评估其认知功能。在细胞水平，他们使用大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12细胞作为研究对象。关键技术方法包括：蛋白质组学分析以筛选差异表达蛋白；Western blotting和RT-qPCR检测蛋白和基因表达；小干扰RNA技术特异性敲低C/EBPα和MRPL15基因；流式细胞术检测线粒体膜电位和mtROS水平；免疫荧光观察细胞焦亡关键蛋白N-GSDMD的定位；以及使用天然化合物姜黄素进行干预研究。

3.1. 氟化物在PC12细胞中引发NLRP3/Caspase-1信号通路介导的焦亡

研究人员发现，氟化钠处理能剂量依赖性地显著上调焦亡执行蛋白GSDMD及其裂解形式N-GSDMD的表达，并诱导细胞膜上形成N-GSDMD孔洞。同时，焦亡关键信号分子NLRP3、pro-Caspase-1/Caspase-1以及pro-IL-1β/IL-1β的表达也显著增加。这表明氟化物确实激活了NLRP3/Caspase-1焦亡信号轴，通过炎症 cascade导致神经元损伤。

3.2. 氟化物通过C/EBPα上调PC12细胞中MRPL15的表达

通过对氟暴露大鼠海马组织的蛋白质组学分析，研究人员将目光锁定在线粒体核糖体蛋白L15上。实验证实，氟化物暴露能够上调MRPL15及其上游转录因子C/EBPα的表达。通过基因敲低实验进一步验证，当抑制C/EBPα的表达后，MRPL15的上调被显著逆转，说明氟化物是通过C/EBPα来间接调控MRPL15的。

3.3. 敲低C/EBPα和MRPL15通过激活线粒体翻译来抵消氟化物诱导的PC12细胞线粒体功能障碍

MRPL15是线粒体核糖体大亚基的重要组分，对线粒体自身的蛋白质翻译至关重要。研究人员发现，敲低MRPL15或C/EBPα后，能够部分恢复因氟化物暴露而受损的线粒体翻译相关因子的表达，并随之促进线粒体翻译产物的合成。这表明，氟化物正是通过C/EBPα-MRPL15轴破坏了线粒体翻译的正常进行。

3.4. 敲低C/EBPα和MRPL15通过减少焦亡发生来逆转氟化物对PC12细胞的神经毒性

线粒体功能受损常常伴随活性氧的爆发。本研究结果显示，氟化物暴露导致PC12细胞线粒体膜电位崩解和mtROS大量产生。而敲低C/EBPα或MRPL15则能有效改善线粒体膜电位，并显著降低mtROS水平。更重要的是，这种干预显著抑制了氟化物触发的焦亡相关蛋白的表达。这清晰地表明，纠正线粒体翻译缺陷，减少mtROS堆积，是抑制焦亡、保护神经元的关键。

3.5. 姜黄素通过减少mtROS介导的焦亡来拮抗氟化物对PC12细胞的神经毒性

姜黄素是一种具有强大抗氧化和抗炎能力的天然多酚。本研究发现，用姜黄素预处理PC12细胞，可以有效地缓解氟化物引起的线粒体膜电位下降和mtROS过度生成。同时，姜黄素处理也显著降低了GSDMD、NLRP3、Caspase-1等焦亡相关蛋白的表达，表明其能够通过抑制mtROS介导的焦亡通路来发挥神经保护作用。

3.6. 氟化物导致SD大鼠海马发生经典通路焦亡并引起认知能力受损

动物实验的结果与细胞实验相互印证。莫里斯水迷宫实验表明，氟暴露大鼠需要更长的游泳时间和距离才能找到隐藏平台，并且在平台所在象限的停留时间和穿越平台位置的次数显著减少，证明其学习和记忆能力受损。同时，在大鼠海马组织中，也检测到C/EBPα、MRPL15以及焦亡相关蛋白的表达上调，将分子水平的改变与行为学上的认知缺损直接联系起来。

综上所述，这项研究系统地阐明了氟化物诱导神经毒性的一条新颖信号通路：环境氟化物通过上调转录因子C/EBPα，增加线粒体核糖体蛋白MRPL15的表达，这种异常上调干扰了线粒体核糖体的正常功能，导致线粒体编码的氧化磷酸化核心亚基合成受阻，线粒体功能紊乱，进而引发mtROS的大量爆发。过量的mtROS则作为关键激活信号，触发了NLRP3炎症小体的组装和活化，活化的Caspase-1切割GSDMD和IL-1β前体，导致细胞焦亡和炎症因子释放，最终引发海马依赖性认知功能损伤。

这项研究的重大意义在于首次将“线粒体翻译障碍”这一机制与氟化物的神经毒性联系起来，发现了C/EBPα-MRPL15-mtROS这一此前未知的神经毒性轴心。这不仅深化了我们对环境毒素如何损害中枢神经系统的理解，也为评估氟化物的环境安全阈值提供了新的科学依据。此外，研究证实天然产物姜黄素能有效对抗这一毒性通路，为高氟地区人群的神经保护提供了潜在的营养干预策略。未来，进一步在人群研究中验证MRPL15等作为早期生物标志物的可能性，以及探索其他环境污染物是否也存在类似机制，将具有重要的公共卫生意义。