普遍存在的食品污染物赭曲霉毒素A会引发能量危机：导致人类近端肾小管原代细胞中的线粒体功能障碍

《Toxicology Reports》：Pervasive food contaminant ochratoxin-A induces energy crisis: Mitochondrial dysfunction in human primary proximal tubule cells.

OTA诱导近端小管上皮细胞线粒体功能障碍及能量代谢紊乱的研究。该研究通过原代人类近端小管上皮细胞（PTECs）的转录组测序和功能分析，发现OTA（10 μM）显著改变线粒体分裂/融合相关基因表达，导致线粒体网络结构破坏，并抑制基础氧化磷酸化和糖酵解，造成细胞能量代谢下降。同时，OTA抑制NRF2通路，但NRF2激活剂无法逆转其效应。蛋白质水平检测显示OTA诱导IL-6表达升高，但未激活cGAS-STING炎症通路。这些结果揭示了OTA通过线粒体损伤和氧化应激加剧慢性肾脏病的分子机制。

　　### OTA对人类近端肾小管上皮细胞的毒性机制研究

Ochratoxin A（OTA）是一种广泛存在于食品中的霉菌毒素，其在人体中的毒性作用尤其受到关注。尽管OTA在许多国家已有一定监管，但在美国目前尚未设立明确的食品中OTA含量限制。OTA被认为是一种潜在的环境致病因子，可能与不明原因的慢性肾病（CKDu）的发生有关。然而，其在人体肾脏中的具体毒性机制仍未完全阐明。本研究旨在通过使用人类近端肾小管上皮细胞（PTECs）来探讨OTA引发的分子毒性通路，以期为理解OTA如何影响肾脏健康提供新的视角。

#### OTA的分布与潜在影响

OTA主要由某些霉菌如*Aspergillus*和*Penicillium*产生，这些霉菌在热带地区生长尤为旺盛，但也广泛存在于全球各地，特别是在农作物种植和食品储存条件不佳的地区。植物性食品，尤其是谷物，是最容易受到OTA污染的类别，包括小麦、大米、玉米、咖啡、啤酒和葡萄酒等。尽管一些国家如欧盟、加拿大和中国已经设定了OTA的食品最大限量标准，但美国仍没有相关法规。这使得OTA在食品中的潜在风险不容忽视。

研究显示，OTA不仅具有致癌性，还是一种已知的肾毒性、肝毒性和神经毒性物质。在一些内脏器官中，OTA的浓度较高时可能导致严重的器官损伤，而在其他地区，其与慢性肾病之间的关系却存在争议。在某些地区，如斯里兰卡和突尼斯，患者血液和尿液中OTA的浓度显著高于正常水平，而这些地区的慢性肾病发病率也较高。然而，在其他地区，如一些发达国家，临床检测中并未发现OTA浓度与肾病之间的显著关联。这提示我们，OTA可能在某些特定环境下才表现出毒性作用，或者其毒性作用受其他环境因素的影响。

#### OTA对近端肾小管上皮细胞的影响

为了更深入地了解OTA对肾脏的毒性机制，本研究使用了人类近端肾小管上皮细胞作为模型。这些细胞在人体肾脏中起着关键的代谢和排泄作用，因此它们可能是OTA作用的主要靶点。研究结果显示，当OTA浓度达到10微摩尔时，可以诱导超过7000个基因的表达差异，其中包括与线粒体分裂和融合相关的调控因子。这种广泛的基因表达变化表明，OTA可能通过干扰线粒体的结构和功能，对细胞产生毒性作用。

在细胞层面，通过共聚焦显微镜观察到，OTA（100纳摩尔）会导致线粒体网络的破坏，而10微摩尔的OTA则进一步加剧了这种破坏。研究还发现，即使在较低浓度（10纳摩尔至1微摩尔）下，OTA也能显著抑制基础线粒体氧化磷酸化和糖酵解过程，这表明细胞的能量代谢受到严重影响。这些结果支持了OTA在肾病发展过程中对线粒体功能的破坏作用，可能与线粒体毒性和细胞能量代谢的下降密切相关。

#### OTA对线粒体功能的干扰

研究进一步探讨了OTA对线粒体功能的具体影响。通过使用Seahorse XF96分析仪，检测了氧气消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），以评估细胞的代谢状态。结果显示，OTA在10纳摩尔浓度下即可显著降低基础氧化磷酸化水平，而在10微摩尔浓度下，这一影响更为明显。这表明，即使在较低浓度下，OTA也能够对线粒体功能造成显著损害。

此外，研究还发现，尽管OTA会抑制氧化磷酸化，但其对糖酵解的影响相对较小，尤其是在1微摩尔以下的浓度范围内。这可能是因为糖酵解过程对氧化应激较为敏感，而OTA在低浓度下可能通过其他机制影响细胞的能量代谢。例如，一些研究指出，ROS（活性氧）可以抑制糖酵解中的关键酶，如甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH），从而影响细胞的能量供应。

#### OTA对NRF2信号通路的影响

NRF2（核因子E2相关因子2）是一种重要的抗氧化应答调控因子，其功能受到KEAP1（Kelch样ECH相关蛋白1）的调控。当细胞受到氧化应激时，NRF2会被释放到细胞核中，激活一系列抗氧化基因的表达。研究显示，OTA在PTECs中可以显著抑制NRF2目标基因的表达，但使用NRF2激动剂如硫代硫酸钠（SFN）和叔丁基氢醌（tBHQ）进行干预，未能有效恢复这些基因的表达水平。这表明，OTA可能通过其他机制影响NRF2信号通路，而不仅仅是通过抑制其从KEAP1的释放。

进一步分析显示，OTA在PTECs中可以显著下调多个NRF2目标基因，包括血红素加氧酶1（HMOX1）和NAD(P)H醌脱氢酶1（NQO1）。这些基因的表达下降可能导致细胞抗氧化能力的降低，从而加剧氧化应激。然而，即使在使用NRF2激动剂的情况下，这些基因的表达也未能显著恢复，说明OTA可能通过更复杂的机制干扰NRF2的激活过程。

#### OTA与炎症反应的关系

除了对线粒体功能的直接影响，OTA还可能通过激活炎症反应途径对肾脏造成损伤。研究中，我们探讨了cGAS-STING通路的激活情况。cGAS（环GMP-AMP合成酶）和STING（干扰素刺激因子）是细胞内检测线粒体DNA（mtDNA）泄漏的重要信号通路，其激活可能导致炎症反应。通过ELISA检测，我们发现OTA暴露可以显著增加细胞因子如IL-6和CXCL6的水平，而使用STING抑制剂H-151进行干预未能有效逆转这一变化。这表明，尽管OTA可能引起mtDNA的泄漏，但其与炎症反应之间的关系可能较为复杂，需要进一步研究。

#### 个体差异与研究局限

研究中使用的PTECs来自两个不同的供体，PT6和PT10，其中PT6来自女性，PT10来自男性。女性供体有长期饮酒史，而男性供体则有2型糖尿病史，这些因素可能影响OTA的毒性作用。例如，糖尿病患者的线粒体功能可能已经受损，因此OTA的毒性作用可能更为显著。此外，研究中使用的细胞并未表现出明显的OAT1/3（有机阴离子转运蛋白1/3）转录水平，这可能意味着在体外条件下，OTA的摄入主要通过被动扩散或其他转运机制进行。

尽管研究结果在三个不同的供体中显示出一致的显著趋势，但个体间的差异仍然存在。这提示我们，在进一步研究中，需要考虑更多个体的样本，以更全面地了解OTA对不同人群的影响。此外，本研究主要关注OTA对线粒体功能和细胞代谢的影响，而未深入探讨其对其他细胞过程如细胞周期调控和细胞凋亡的具体作用，这些也是未来研究的重要方向。

#### 结论与展望

综上所述，本研究揭示了OTA在人类近端肾小管上皮细胞中引起的线粒体功能障碍和细胞代谢紊乱。这些发现不仅支持了OTA作为肾毒性物质的潜在作用，也为理解其在慢性肾病中的机制提供了新的线索。研究还指出，尽管OTA可能与某些环境因素共同作用导致CKDu，但其具体作用机制仍需进一步探索。此外，由于OTA在某些国家尚未受到严格监管，因此建立全球范围内的OTA含量标准对于预防其对肾脏的潜在危害具有重要意义。

本研究的数据已上传至Gene Expression Omnibus数据库，编号为GSE289962。未来的研究可以进一步探讨OTA对线粒体复合物的具体影响，以及其在不同环境条件下的毒性变化。此外，针对NRF2信号通路的更深入研究，可能有助于开发新的干预策略，以减轻OTA对肾脏的损害。总之，本研究为理解OTA的毒性机制提供了重要的基础，也为相关疾病的预防和治疗提供了新的思路。