E171诱导人iPSC来源结肠类器官毒性效应：氧化应激、DNA损伤及致癌相关通路激活研究

本研究针对食品添加剂E171(TiO2)的安全性争议，采用人iPSC来源结肠类器官模型，系统评估了0.1-1000 μg/mL剂量下24小时暴露对细胞活力、ROS生成、DNA损伤及转录组的影响。发现E171虽不降低细胞活力，但显著诱导氧化应激和DNA单链断裂（FPG酶敏感位点），RNA测序揭示核糖体通路激活与Wnt/PI3K-Akt信号抑制，为欧盟E171禁令提供了新型人类模型证据。

　　

食品级二氧化钛(E171)作为广泛使用的白色着色剂，其安全性近年来引发激烈争议。尽管欧盟已于2022年基于潜在遗传毒性将其禁用，北美监管机构仍坚持现行剂量安全。动物实验显示E171可能促进结直肠癌前病变，但传统二维细胞模型难以模拟真实肠道微环境。这一科学僵局呼唤更接近人体的研究模型——荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)的研究团队创新性地采用三维培养的人诱导多能干细胞(iPSC)来源结肠类器官，首次系统揭示了E171在人类肠道细胞中的分子毒性机制。

研究团队运用单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)表征颗粒特性，结合电子自旋共振(ESR)检测超氧自由基，通过碱性彗星试验(comet assay)评估DNA损伤，并采用高通量RNA测序解析转录组变化。在保持细胞活力前提下，发现1000 μg/mL E171使ROS生成达峰值，100 μg/mL即引起显著DNA氧化损伤(FPG修饰彗星试验损伤率14.2% vs 对照7.8%)。

在"3.1 E171颗粒表征"中，spICP-MS显示原始颗粒中位粒径78nm，73%小于100nm，但在培养基中形成220-256nm聚集体。"3.3 氧化应激"证实E171仅在与类器官共培养时产生剂量依赖性ROS，提示细胞-颗粒相互作用是关键。"3.4 彗星试验"显示10 μg/mL即检测到氧化性DNA损伤，100 μg/mL起显著增加单链断裂。"3.5 RNA测序"最引人注目的是250 μg/mL组出现110个差异基因，核糖体相关基因(RPL34/RPS6等)显著上调，而Wnt、PI3K-Akt等抑癌通路被抑制。基因集富集分析(GSEA)进一步揭示代谢重编程特征：碳代谢、糖酵解通路上调伴随ECM受体相互作用下调，这种"瓦伯格效应"是癌细胞的典型特征。

讨论部分强调，该研究首次在人类iPSC结肠模型中证实E171通过ROS-DNA损伤-转录重编程级联反应激活促癌通路。虽然1000 μg/mL组因颗粒聚集出现生物利用度下降，但中剂量已呈现致癌相关代谢转变。值得注意的是，Axin1/2抑制导致的Wnt通路异常与结直肠癌发生密切相关，而PPAR信号激活可能解释先前报道的炎症促进效应。这些发现为欧盟禁令提供了人类模型证据，也提示需要建立更接近真实膳食暴露的长期实验模型。论文发表于《Toxicology in Vitro》，为食品纳米材料安全评估树立了新范式——采用具备肠道干细胞特性的类器官模型，比传统细胞系更能预测人体风险，也为其他食品添加剂的毒性研究提供了方法学参考。