BECN1通过Xc－/GSH/GPX4轴调控2,4-二氯苯氧乙酸诱导的SH-SY5Y细胞铁死亡

推荐：本研究针对全球广泛使用的除草剂2,4-D的神经毒性机制，通过SH-SY5Y细胞模型揭示其通过Xc－/GSH/GPX4轴诱导铁死亡（ferroptosis）的关键通路，并证实BECN1基因沉默和铁死亡抑制剂Ferrostatin-1可显著缓解氧化损伤，为防治农药神经毒性提供了新靶点。

　　

研究背景与意义

2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）作为全球使用最广泛的除草剂，其环境残留已通过食物链在孕妇和婴儿尿液中检出，引发严重的生态与健康担忧。既往研究表明，2,4-D会导致海马神经元损伤和认知功能障碍，但其分子机制尚不明确。近年来，铁死亡（ferroptosis）——一种由铁依赖的脂质过氧化驱动的程序性细胞死亡形式，被证实与神经退行性疾病密切相关。然而，2,4-D是否通过铁死亡途径引发神经毒性仍是未解之谜。

研究设计与方法

宁夏医科大学的研究团队以人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞为模型，采用浓度梯度（0-1600 μmol/L）的2,4-D处理，结合铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）和BECN1-siRNA干预，通过CCK8检测细胞活性、透射电镜（TEM）观察超微结构、qRT-PCR和Western blot分析关键基因/蛋白表达，并测定氧化应激指标（MDA、SOD、GSH、ROS）和铁离子（Fe²⁺）含量，系统评估2,4-D诱导的铁死亡机制。

研究结果

3.1 2,4-D通过氧化应激诱导铁死亡

• 细胞活性与形态：2,4-D剂量依赖性降低细胞存活率（1600 μmol/L时降至50%），并导致线粒体萎缩、膜密度增高（TEM特征）。
• 氧化失衡：MDA和ROS水平显著上升，SOD和GSH活性下降，且Fe²⁺积累（1600 μmol/L组增加2.1倍）。
• 通路蛋白变化：SLC7A11（胱氨酸转运体）和GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）表达下调，而铁转运蛋白TFR1上调。

3.2 Fer-1通过Xc^－/GSH/GPX4轴缓解损伤

• 保护效应：1.0 μmol/L Fer-1使细胞存活率提升30%，同时降低ROS和Fe²⁺水平，恢复SLC7A11/GPX4表达。
• 超微结构改善：Fer-1组线粒体形态接近正常，内质网扩张减轻。

3.3 BECN1基因沉默的抗铁死亡作用

• 高效沉默：siRNA-1075使BECN1表达降低46.9%。
• 机制验证：BECN1敲除后，SLC7A11和GPX4蛋白表达回升，Fe²⁺含量下降35%，细胞形态显著恢复。

结论与展望

本研究首次阐明2,4-D通过抑制Xc^－/GSH/GPX4轴触发铁死亡，而BECN1作为调控该通路的关键分子，其沉默可增强细胞抗氧化能力。这一发现不仅为农药神经毒性的防治提供了新靶点（如Fer-1的潜在应用），还揭示了自噬相关基因BECN1与铁死亡的交叉调控机制。未来需在动物模型中验证BECN1过表达的影响，并探索环境剂量下的长期效应。

论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，其创新性在于将农药毒理学与细胞死亡机制研究相结合，为开发神经保护策略奠定了理论基础。