IST1通过调控自噬流阻断缓解丙烯酰胺诱导的神经细胞凋亡与认知障碍的机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：IST1 alleviated acrylamide-induced apoptosis and cognitive impairment through regulating autophagy flux blockage in SH-SY5Y cells and C57BL/6J mice

本研究揭示了环境神经毒物丙烯酰胺(ACR)通过下调IST1蛋白表达阻断自噬流，导致磷酸化Tau蛋白(p-Tau)积累并诱发认知功能障碍的新机制。研究人员通过构建IST1过表达(IST1oe)的SH-SY5Y细胞和小鼠模型，证实IST1oe可促进自噬体-溶酶体融合，缓解ACR诱导的凋亡及学习记忆相关蛋白(p-CREB、BDNF)异常，为ACR神经毒性防治提供了潜在靶点。

　　

在工业化进程加速的今天，丙烯酰胺(ACR)这种常见于造纸、采矿、印染等行业的化学物质，正通过工业排放和农业径流悄悄侵入水体环境。更令人担忧的是，高温烹饪的高淀粉类食物也会产生ACR，使得人类暴露途径日益多元。虽然国际癌症研究机构(IARC)将其列为2A类致癌物，但最确凿的危害证据来自其对神经系统的损伤——长期接触ACR的工人常出现行走异常、肌无力等症状，近年流行病学更发现它与人群认知功能下降密切相关。

为揭开ACR损害学习记忆的谜团，华中科技大学公共卫生学院的研究团队将目光投向了一种名为IST1的蛋白。这种蛋白是细胞内重要的“物流调度员”——ESCRT-III复合物的调控亚基，能指挥自噬体与溶酶体精准对接，确保异常蛋白质的及时清理。团队猜想，ACR可能正是通过干扰IST1的功能，阻碍了自噬流运转，导致磷酸化Tau蛋白(p-Tau)在神经细胞内堆积，最终引发认知障碍。

研究首先在SH-SY5Y神经母细胞瘤模型中验证了ACR的毒性：0.75 mmol/L剂量处理72小时后，细胞存活率显著下降，氧化应激指标ROS和MDA升高，而抗氧化剂GSH水平降低。更关键的是，自噬标志蛋白LC3-II和p62异常积累，mCherry-GFP-LC3B双标系统显示自噬体（黄色斑点）增多而自噬溶酶体（红色斑点）未增加，证实自噬流在溶酶体融合环节被阻断。与此同时，凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2比值上升，TUNEL染色阳性细胞增多，学习记忆关键蛋白p-CREB和BDNF下调，而病理性蛋白AT8（p-Tau标志物）显著增加。

值得注意的是，IST1蛋白的下降早于凋亡和自噬流异常的出现，提示它可能是ACR毒性的早期事件。为证实IST1的保护作用，研究人员构建了IST1过表达(IST1^oe)细胞模型。结果发现，IST1^oe能显著减少ACR引起的自噬体堆积，促进自噬溶酶体形成，并逆转p-Tau的升高。当使用自噬抑制剂Baf A1抑制溶酶体融合时，IST1的保护作用被抵消，说明其功效依赖于自噬流通畅。

在动物实验中，通过侧脑室注射AAV9病毒构建海马区IST1^oe的C57BL/6J小鼠模型，并给予10 mg/kg/d的ACR灌胃7周。Morris水迷宫实验显示，IST1^oe组小鼠寻找平台的潜伏期和游泳距离明显短于ACR暴露组，在目标象限停留时间更长。高尔基染色进一步揭示，IST1^oe能缓解ACR导致的海马CA1区和DG区树突棘密度下降，这些微观结构的变化与行为学改善相互印证。

主要技术方法

本研究整合细胞与动物模型，采用质粒转染构建IST1^oe细胞系，侧脑室立体定位注射AAV9病毒实现海马特异性过表达。通过CCK-8检测细胞活力，流式细胞术分析凋亡与ROS，Western blot检测蛋白表达，mCherry-GFP-LC3B双标系统观测自噬流，透射电镜观察超微结构，Morris水迷宫评估认知功能，高尔基染色量化树突棘密度。

3.1. ACR可导致SH-SY5Y细胞损伤

ACR处理72小时后，细胞存活率呈剂量依赖性下降，0.75 mmol/L组降至84.6%。氧化应激指标显示ROS和MDA显著升高，GSH水平降低，表明ACR破坏了细胞氧化还原平衡。

3.2. ACR影响学习记忆相关蛋白表达

Western blot结果显示，0.75 mmol/L ACR显著降低p-CREB/CREB比值和BDNF水平，同时增加AT8/Tau5比值，提示ACR干扰了神经可塑性相关信号通路。

3.3. ACR诱导细胞凋亡

TUNEL染色显示ACR组凋亡细胞比例升至12.6%，流式细胞术检测早期凋亡率增加，caspase-3活性升高，促凋亡蛋白Bax和CHOP上调而抗凋亡蛋白Bcl-2下调，证实ACR激活了多重凋亡途径。

3.4. ACR阻断自噬流

自噬标志蛋白LC3-II和p62积累，但自噬启动蛋白Beclin1无变化。双标病毒实验显示自噬体（黄色斑点）增多而自噬溶酶体（红色斑点）未增加，说明自噬流阻滞在融合阶段。

3.5. IST1可能是ACR诱导自噬流阻断的关键因子

ACR显著降低IST1蛋白表达，且其下降早于凋亡和自噬相关蛋白变化。SNARE复合物成员STX17和VAMP8未受影响，提示IST1特异性参与ACR毒性机制。

3.6. IST1过表达缓解ACR诱导的自噬流阻断及学习记忆蛋白异常

IST1^oe有效减少LC3-II和p62积累，促进自噬溶酶体形成，透射电镜显示自噬体减少、线粒体形态改善。同时，p-Tau水平下降，p-CREB和BDNF表达恢复。

3.7. IST1过表达通过促进自噬体-溶酶体融合缓解凋亡

IST1^oe组凋亡细胞比例、caspase-3活性和Bax/Bcl-2比值均显著改善，且Baf A1处理可逆转此保护作用，证明IST1通过调节自噬流抑制凋亡。

3.8. BafA1逆转IST1对ACR毒性的保护作用

自噬抑制剂Baf A1消除了IST1^oe对p-Tau积累和凋亡的缓解效应，进一步验证IST1依赖自噬通路发挥神经保护作用。

3.9. 海马IST1过表达缓解ACR诱导的小鼠学习记忆损伤

行为学测试显示IST1^oe组小鼠空间学习记忆能力改善，树突棘密度恢复，海马p-Tau水平降低，证实IST1在整体动物水平具有神经保护功效。

这项发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》的研究首次揭示了IST1在ACR神经毒性中的核心地位。IST1通过调控ESCRT-III复合物功能，成为连接自噬流阻滞与p-Tau积累的关键分子开关。值得注意的是，IST1的表达变化早于传统凋亡和自噬标志物，这为早期干预ACR神经毒性提供了时间窗口。研究团队创新的双标自噬观测系统、海马特异性过表达模型以及多层次表型验证策略，为环境毒物致认知障碍机制研究建立了方法论范式。

尽管研究明确了IST1-自噬-p-Tau轴的作用，但IST1调控ESCRT-III复合体的具体分子机制尚未完全阐明。此外，病毒注射途径可能导致IST1在皮质等区域表达，胶质细胞是否参与保护效应也有待探索。这些悬念为后续研究指明了方向：通过神经元特异性敲除模型、高分辨率动态成像技术等手段，将进一步揭示IST1在神经退行性病变中的普适性价值。这项研究不仅为ACR职业暴露防护提供了新靶点，也为阿尔茨海默病等Tau蛋白病发病机制提供了环境毒理学视角的启示。