亚致死剂量乐果通过线粒体呼吸障碍和ATP合成受损诱导SH-SY5Y细胞能量代谢紊乱与衰老的关联机制

本研究针对有机磷农药乐果（DM）亚致死暴露下神经元能量代谢紊乱与衰老的关联机制展开探索。研究人员通过蛋白质组学分析发现，100 μM DM处理48小时可显著改变SH-SY5Y细胞中线粒体相关蛋白表达，导致氧化磷酸化（OXPHOS）、电子传递链（ETC）和ATP合成通路异常，引发线粒体膜电位下降、超氧化物增加及p21/p38 MAPK介导的细胞衰老。该研究揭示了农药暴露通过干扰能量代谢促进衰老的新机制，为评估长期低剂量农药暴露的神经毒性提供重要依据。

　　

在农业生产中，有机磷农药乐果（Dimethoate, DM）因其高效杀虫特性被广泛使用，但其残留物可通过食物链进入人体，长期接触可能对神经系统造成潜在危害。虽然已知DM通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）引发急性神经毒性，但亚致死剂量下对神经元能量代谢的长期影响仍不明确。随着线粒体功能障碍和细胞衰老被确认为衰老的重要标志，探究农药暴露与这些过程的关联具有重要现实意义。

为解决这一问题，来自Mahidol University的研究团队在《Pesticide Biochemistry and Physiology》发表研究，采用人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞模型，系统分析了100 μM DM处理48小时对线粒体功能的影响。通过蛋白质组学、代谢分析和衰老标志物检测，发现DM在不影响细胞存活的情况下，特异性下调27种线粒体代谢相关蛋白，导致ATP合成减少40%、氧消耗率（OCR）下降，同时伴随线粒体膜电位降低和超氧化物积累。这些变化触发p38 MAPK-p21通路介导的细胞衰老，而非典型凋亡。研究首次揭示农药通过干扰能量代谢促进神经元衰老的分子机制，为评估慢性农药暴露的神经退行性风险提供新视角。

关键技术方法包括：1）蛋白质组学分析线粒体相关蛋白表达变化；2）Seahorse线粒体压力测试检测OCR和ATP产量；3）流式细胞术评估线粒体膜电位（ΔΨm）和活性氧（ROS）；4）SA-β-gal染色和细胞周期分析判定衰老表型；5）Western blot检测p21、p-p38 MAPK等信号蛋白。

主要研究结果

DM改变线粒体相关蛋白质组
蛋白质组学显示，DM处理导致电子传递链复合体I-IV组分（如NDUFA10、SDHB）、ATP合酶亚基及三羧酸循环酶显著下调，而AMPKα/γ亚基表达增加，提示能量应激响应。

线粒体呼吸功能受损
Seahorse分析显示DM组基础呼吸和最大呼吸分别降低35%和28%，但备用呼吸容量（SRC）保持正常，说明线粒体膜完整性未受破坏。ATP产量减少40%证实能量合成障碍。

氧化应激与衰老标志
DM处理组线粒体超氧化物增加2.1倍，伴随γH2AX（DNA损伤标志）上调。SA-β-gal阳性细胞增加3倍，G1期阻滞达68%，但凋亡率仅5%，表明衰老为主导表型。

p38 MAPK-p21通路激活
Western blot显示p-p38 MAPK和p21蛋白分别上调2.3倍和1.8倍，而p53未见变化，证实存在p53非依赖性衰老通路。

讨论与意义
该研究创新性发现：1）亚致死DM通过选择性抑制线粒体呼吸链复合体引发能量危机；2）能量应激触发非凋亡性衰老，可能与Bcl-2上调导致的凋亡抵抗有关；3）p38 MAPK-p21通路是连接代谢紊乱与衰老的核心机制。这些发现解释了长期接触低剂量农药可能加速神经元衰老的分子基础，为制定更安全的农药使用阈值提供理论依据。研究局限性在于未验证动物模型中的相关性，未来需结合体内实验进一步验证。