基于氧化应激与能量代谢的S-呋虫胺对SH-SY5Y细胞线粒体功能的立体选择性神经毒性机制研究

为解决新烟碱类农药呋虫胺（DIN）对非靶标生物的潜在神经毒性机制不明问题，浙江大学研究人员通过分析S-、R-及外消旋体呋虫胺对SH-SY5Y细胞线粒体功能的影响，发现S-DIN通过抑制线粒体呼吸链复合体活性、干扰能量代谢通路（ATP合成障碍）和诱发氧化应激（ROS↑/SOD↓/MDA↑），展现出显著立体选择性毒性。该研究为农药安全评估提供了新视角。

　　

研究背景与问题
在农业生产中，新烟碱类农药因高效杀虫特性被广泛应用，但其环境残留已频繁检出于花粉、水体甚至人体样本（如尿液浓度达31 ng/mL）。作为第三代新烟碱类代表，呋虫胺（Dinotefuran, DIN）因含手性中心存在S-和R-两种对映体，二者在生态毒理效应上存在显著差异：例如S-DIN对蜜蜂幼虫毒性更强，而R-DIN对斑马鱼胚胎危害更甚。然而，其对人神经细胞的立体选择性毒性机制尚不明确，尤其是线粒体功能与能量代谢的调控差异。这一盲区使得农药风险评估面临巨大挑战。

研究设计与方法
浙江大学团队以人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞为模型，采用MTT法评估细胞活力，通过检测活性氧（ROS）、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）水平分析氧化应激；结合线粒体膜电位（MMP）检测、Seahorse XF96细胞能量代谢分析仪（测定糖酵解与线粒体呼吸）及qRT-PCR（定量线粒体功能相关基因），系统解析了三种DIN对映体的毒性差异。靶向代谢组学进一步揭示了能量代谢产物的异常变化。

研究结果

1. SH-SY5Y细胞毒性评估
   MTT实验显示，S-DIN在10^?9
   至6×10^?3
   mol/L浓度范围内对细胞活力的抑制显著强于R-DIN和rac-DIN（图1a），半数抑制浓度（IC₅₀
   ）最低。

2. 氧化应激与线粒体损伤
   S-DIN处理组ROS水平升高2.3倍，SOD活性降低40%，MDA含量增加1.8倍（均P<0.01），且线粒体膜电位去极化程度最显著，表明其引发严重氧化损伤。

3. 能量代谢干扰
   Seahorse分析显示，S-DIN使基础呼吸率下降58%，ATP产量减少72%，同时糖酵解代偿性增强。代谢组学发现三羧酸循环（TCA）中间体（如α-酮戊二酸）显著减少，而乳酸堆积达对照组的2.5倍。

4. 分子机制
   qRT-PCR证实S-DIN特异性抑制复合体I（NDUFB8基因表达下调65%）和复合体III（UQCRC1下调52%），导致电子传递链（ETC）功能障碍。

结论与意义
该研究首次阐明S-DIN通过立体选择性抑制线粒体呼吸链复合体活性，诱发氧化应激-能量代谢紊乱级联反应，其毒性机制涉及：①ROS爆发导致抗氧化系统崩溃；②MMP去极化触发线粒体凋亡通路；③ATP合成障碍引发代谢重编程。研究成果发表于《Journal of Environmental Sciences》，不仅为农药手性异构体的差异化风险评估提供理论依据，也为神经退行性疾病（如帕金森病）的线粒体损伤机制研究提供了新思路。