乙酰胆碱介导硝基多环芳烃诱导的神经炎症及血脑屏障蛋白异常调控机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Acetylcholine mediates nitro-PAHs induced inflammation and ameliorates the abnormalities in blood-brain barrier related proteins

本研究针对PM2.5中关键毒性组分硝基多环芳烃（nitro-PAHs）的神经毒性机制，通过人胶质瘤细胞（U251）模型揭示1-硝基芘和9-硝基蒽通过氧化应激-胆碱能抗炎通路-神经炎症级联反应诱发血脑屏障（BBB）损伤的新机制。研究发现nitro-PAHs通过升高乙酰胆碱酯酶（AChE）活性破坏乙酰胆碱（ACh）平衡，进而促进炎症因子释放并导致MMP-9/Occludin/p-Tau等BBB相关蛋白异常，为空气污染相关神经退行性疾病防治提供新靶点。

　　

随着工业化进程加速，细颗粒物（PM_2.5）污染已成为全球关注的公共卫生问题。近年来流行病学研究发现，空气污染与神经退行性疾病（NDDs）的发生发展存在显著关联，但其中具体的有毒成分及其作用机制尚不明确。硝基多环芳烃（nitro-PAHs）作为PM_2.5中重要的有机组分，虽然在大气中浓度比母体PAHs低1-2个数量级，但其单位质量的致癌风险却高出10-1000倍，尤其在冬季采暖期成为PM_2.5致癌风险的重要贡献者。然而，这些化合物对中枢神经系统（CNS）的影响及其机制仍是研究空白。

面对这一挑战，上海大学环境与化学工程学院的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了创新性研究，聚焦于两种典型大气nitro-PAHs——1-硝基芘（1-NPYR）和9-硝基蒽（9-NANT）的神经毒性机制。研究首次揭示了nitro-PAHs通过氧化应激-胆碱能系统-神经炎症轴调控血脑屏障（BBB）完整性的新通路，为理解空气污染导致神经退行性疾病的分子机制提供了重要证据。

研究人员主要采用人胶质瘤细胞（U251）模型，通过细胞活力检测（MTT法）、乳酸脱氢酶（LDH）活性测定、线粒体膜电位（MMP）检测、细胞凋亡分析等技术评估神经毒性；运用Western blot方法分析炎症因子（TNF-α、IL-6、IL-6R）和BBB相关蛋白（MMP-9、Occludin、p-Tau）表达；通过乙酰胆碱（ACh）检测试剂盒和乙酰胆碱酯酶（AChE）检测试剂盒评估胆碱能系统功能；并利用活性氧（ROS）荧光探针和特异性抑制剂（NAC、Rivastigmine、Aspirin）进行机制验证。

3.1. Neurotoxicity caused by 1-NPYR and 9-NANT in U251 cells

研究结果显示，1-NPYR和9-NANT以剂量依赖方式显著降低U251细胞活力，24小时处理的半数致死浓度（LC₅₀）分别为24.7μM和63.9μM。两种nitro-PAHs均能诱导细胞膜损伤（LDH活性升高）、线粒体膜电位崩溃和细胞凋亡，其中1-NPYR表现出更强的神经毒性，这与其主要来源于一次排放有关，而9-NANT则来自一次和二次排放的混合来源。

3.2. Nitro-PAHs promoted inflammatory factors leading to BBB damage

暴露于10μM 1-NPYR和40μM 9-NANT后，U251细胞中炎症因子IL-6R、IL-6和TNF-α蛋白表达显著升高，同时MMP-9和p-Tau蛋白增加而Occludin蛋白减少，表明BBB功能受损。使用抗炎药物阿司匹林预处理可显著缓解炎症因子释放和BBB相关蛋白异常，证实神经炎症在nitro-PAHs诱导的BBB损伤中起关键作用。

3.3. Cholinergic regulation on inflammatory responses caused by nitro-PAHs

研究发现nitro-PAHs破坏胆碱能系统平衡，使ACh水平降低16-17%，AChE活性升高60-93%。使用AChE抑制剂Rivastigmine可恢复ACh水平，并显著减轻炎症反应和BBB蛋白异常，表明胆碱能抗炎通路（CAP）在nitro-PAHs神经毒性中发挥重要调控作用。

3.4. Oxidative stress modulates 1-NPYR and 9-NANT induced neurotoxicity and inflammatory responses

10μM 1-NPYR和40μM 9-NANT处理使细胞内ROS水平分别升高至对照组的224.6%和197.3%。抗氧化剂NAC预处理不仅能消除ROS产生，还能恢复ACh水平、减轻炎症反应和BBB损伤，证明氧化应激是nitro-PAHs神经毒性的上游关键调控因子。

研究结论部分明确指出，环境中的nitro-PAHs通过"氧化应激-乙酰胆碱失衡-神经炎症-BBB损伤"的级联反应通路参与PM_2.5诱导的神经退行性疾病发生发展。这一发现不仅深化了对空气污染神经毒性机制的理解，还为制定有针对性的污染控制策略提供了科学依据——针对不同来源（一次排放和二次生成）和季节特征（夏季光化学反应活跃）的nitro-PAHs采取差异化管控措施，可能比单纯的浓度控制带来更大的健康效益。

该研究的创新性在于首次系统阐明了nitro-PAHs通过胆碱能系统调控神经炎症和BBB功能的新机制，将环境化学与神经毒理学有机结合，为预防空气污染相关神经系统疾病提供了新的理论框架和潜在干预靶点。未来需要进一步开展动物实验验证这一机制，并探索针对特定nitro-PAHs成分的精准防控策略。