琥珀酸脱氢酶抑制剂类杀菌剂通过诱导癌代谢物积累和代谢重编程触发人结肠细胞的肿瘤发生信号

推荐：本研究针对全球广泛使用的琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHi)类杀菌剂潜在致癌风险，通过分析其对人类非癌性和癌变结肠细胞的代谢与表型影响，首次揭示SDHi通过抑制SDH(琥珀酸脱氢酶)活性导致琥珀酸(已知癌代谢物)积累，诱导类似Warburg效应的代谢重编程，并促进细胞迁移和侵袭能力，为评估这类农药的致癌机制提供了重要证据。

　　

论文解读

在全球变暖和真菌耐药性加剧的背景下，琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHi)类杀菌剂的使用量持续增长。这类农药通过抑制真菌线粒体中普遍存在的琥珀酸脱氢酶(SDH)来阻断细胞呼吸，但其对人类健康的潜在影响，特别是致癌风险仍知之甚少。值得注意的是，编码SDH的基因本身就是抑癌基因，其功能缺失突变会导致人类多种罕见肿瘤。这引发了一个关键科学问题：化学物质对SDH的抑制是否会模拟遗传缺陷的致癌效应？

法国研究团队以人类结肠细胞为模型，选取最具代表性的SDHi类物质(包括boscalid、bixafen和sedaxane)，系统研究了急性与慢性暴露对代谢和细胞表型的影响。研究发现，这些化合物能有效进入人结肠上皮细胞(HCEC-1CT)，并以剂量依赖方式显著抑制线粒体复合体II的两种功能：琥珀酸脱氢酶(SDH)活性和琥珀酸泛醌还原酶(SQR)活性。其中bixafen的作用最为显著，能使细胞内琥珀酸水平升高56倍——这与遗传性SDH缺陷肿瘤中观察到的"癌代谢物"积累现象高度一致。

研究采用的关键技术包括：质谱检测细胞内SDHi浓度、Seahorse线粒体压力测试分析氧消耗率(OCR)和胞外酸化率(ECAR)、核磁共振(¹H NMR)和质谱(LC-MS)代谢组学、RNA测序分析转录组变化，以及xCELLigence实时细胞分析系统评估迁移侵袭能力。此外还利用了法国国家肿瘤标识计划(CIT)的566例结直肠癌(CRC)患者队列数据进行临床相关性分析。

3.1 SDHi进入人结肠上皮细胞并缓慢代谢
通过LC-MS检测发现，三种SDHi均能剂量依赖性地在48小时内蓄积于细胞，其中bixafen的细胞内浓度最高，提示其可能与线粒体存在特异性相互作用。

3.2 SDHi强烈影响线粒体呼吸链复合体II活性
体外实验显示SDHi对SQR活性的抑制强于SDH活性。在长期暴露(3周)后，bixafen使SDH和SQR活性分别降低40%和80%，并导致琥珀酸显著积累，这种效应在撤药1周后可逆。

3.3 SDHi损害线粒体功能和完整性
在葡萄糖培养基中，SDHi对基础呼吸影响有限，但改用半乳糖培养基(迫使细胞依赖氧化磷酸化)后，boscalid和bixafen显著降低线粒体ATP产量。值得注意的是，已携带CRC驱动基因突变(APC^-/-、TP53^-/-和KRAS突变)的转化细胞对bixafen更敏感，即使在葡萄糖培养基中也出现呼吸抑制。

3.4 Bixafen诱导代谢重编程
¹H NMR代谢组学揭示bixafen引起广泛的代谢扰动：除琥珀酸积累外，还出现乳酸升高、天冬氨酸和谷氨酸减少等特征。靶向LC-MS分析进一步显示TCA循环中间产物(如α-酮戊二酸、顺乌头酸、柠檬酸)减少，同时糖酵解和磷酸戊糖途径代谢物增加，呈现典型的"Warburg效应"。

3.5 Bixafen诱导显著的细胞生长迟缓
bixafen使细胞倍增时间延长2-3倍，这种效应在无丙酮酸培养基中加剧，但可通过补充天冬氨酸逆转。机制研究发现bixafen上调丙酮酸羧化酶(PC)表达，提示细胞通过回补途径维持代谢稳态。

3.6 Bixafen改变细胞形态并增强迁移侵袭能力
长期暴露导致细胞铺展、肌动蛋白重组和黏着斑重构等上皮-间质转化(EMT)特征。RNA测序发现203个基因下调(包括上皮标志物)和153个基因上调(多为迁移相关基因)，与CRC患者中侵袭性强的CMS4亚型转录特征相似。功能实验证实迁移能力提升2倍，侵袭性增强1.6倍。

3.7 转化结肠细胞对bixafen的敏感性增强
携带CRC驱动基因突变的HCEC-1CTRPA细胞表现出更显著的代谢和表型改变：在葡萄糖培养基中即出现呼吸抑制，EMT形态变化更明显，迁移和侵袭能力分别增强3倍和2.6倍。

3.8 SDHx基因表达缺失与结肠癌不良预后相关
分析566例CRC患者数据发现，所有肿瘤亚型的SDHx(包括SDHA/B/C/D)表达均低于正常组织，其中预后最差的CMS4亚型下降最显著。基因集富集分析(GSEA)显示SDHx低表达与EMT和TGFβ信号通路激活密切相关。

这项发表于《Environment International》的研究首次系统揭示了SDHi类杀菌剂通过化学抑制SDH模拟遗传缺陷的致癌特征，包括诱导癌代谢物积累、Warburg样代谢重编程和促转移表型。特别值得注意的是，已存在致癌突变或SDH表达降低的细胞对SDHi更敏感，提示CRC患者可能是易感人群。研究强调需要改进监管评估程序，建立针对SDHi作用模式的特定测试方法，并将线粒体毒性纳入风险评估体系。鉴于SDHi在环境中的持久性和在食品中的残留已被证实，加强对敏感人群的生物监测和流行病学研究显得尤为迫切。这些发现为理解环境污染物通过非遗传毒性机制促进癌症进展提供了新的分子视角。