线粒体CYP2E1介导的苯乙烯代谢加剧氧化应激并削弱抗氧化救援作用：基于秀丽隐杆线虫模型的机制研究

本研究针对苯乙烯（styrene）经细胞色素P450 2E1（CYP2E1）代谢引发的毒性机制不明问题，通过构建线粒体（mtCYP2E1）和内质网（erCYP2E1）定位的转基因秀丽隐杆线虫模型，揭示亚细胞酶定位对毒性效应的调控作用。研究发现mtCYP2E1通过促进苯乙烯氧化物（styrene oxide）积累导致更严重的氧化应激（ROS升高2倍）和抗氧化剂（Trolox/NAC）失效，为环境毒理学和代谢性疾病研究提供新视角。

　　

苯乙烯作为广泛使用的工业化学品，其代谢产物苯乙烯氧化物已被证实具有遗传毒性和致癌性。尽管细胞色素P450 2E1（cytochrome P450 2E1, CYP2E1）在苯乙烯代谢中的作用已被认知，但酶蛋白在不同亚细胞结构（如线粒体与内质网）中的定位如何影响毒性效应，仍是环境毒理学领域的未解之谜。加拿大卡尔顿大学（Carleton University）的研究团队利用转基因秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）模型，首次系统比较了线粒体靶向（mtCYP2E1）和内质网靶向（erCYP2E1）表达对苯乙烯毒性的差异化影响。

研究采用存活率分析、抗氧化剂救援实验、荧光ROS检测和气质联用（GC-MS）等技术。通过构建表达人源CYP2E1的转基因线虫株系，设置野生型（N2）作为对照，监测苯乙烯暴露下的生存曲线变化；使用Trolox（维生素E类似物）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）评估抗氧化干预效果；采用H₂DCFDA荧光探针定量活性氧（ROS）水平；通过GC-MS检测代谢产物苯乙二醇（styrene glycol）的生成量。

生存率与抗氧化救援

所有菌株在苯乙烯暴露后均出现生存率下降，但mtCYP2E1线虫表现出独特的抗氧化剂抵抗性：Trolox和NAC能显著提升N2和erCYP2E1线虫存活率（p<0.05），但对mtCYP2E1菌株无效，提示线粒体代谢途径可能激活了非经典氧化应激通路。

ROS水平与代谢产物

荧光显微分析显示mtCYP2E1线虫的ROS水平较其他菌株升高2倍（p<0.01）。GC-MS检测发现该菌株苯乙二醇产量显著增加，表明线粒体代谢更高效地生成苯乙烯氧化物中间体，这种反应性分子积累直接导致氧化损伤加剧。

讨论与意义

该研究首次证实CYP2E1亚细胞定位通过改变代谢流分布影响毒性输出：线粒体定位促进苯乙烯氧化物蓄积，导致传统抗氧化防御系统失效。这一发现为解释环境污染物个体敏感性差异提供了新机制——个体间CYP2E1亚细胞分布差异可能决定毒性易感性。论文发表于《Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology》，为代谢酶空间调控理论、环境风险评估策略以及线粒体靶向解毒剂开发提供了重要理论基础。