轮胎橡胶抗氧化剂6PPD及其转化产物6PPD-Q在人类原代肝细胞和肝脏球体中的毒性研究

《Biochemistry and Biophysics Reports》：Toxicity of ubiquitous tire rubber antiozonant N-(1,3-dimethylbutyl)- N′-phenyl- p-phenylenediamine (6PPD) and its transformation product 6PPD-quinone (6PPD-Q) in primary human hepatocytes and liver spheroids

为解决轮胎橡胶抗氧化剂N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-对苯二胺(6PPD)及其氧化产物6PPD-醌(6PPD-Q)对人类肝脏的潜在毒性问题，美国食品药品监督管理局国家毒理学研究中心的研究人员利用原代人类肝细胞(PHHs)和肝脏球体模型，评估了急性与亚急性暴露下的毒性效应。研究发现，6PPD/6PPD-Q在环境暴露水平下虽不会导致显著细胞死亡，但可能引发肝功能异常（如谷胱甘肽减少、白蛋白合成抑制）和免疫毒性（IL-8升高），为评估这类新兴污染物的健康风险提供了关键数据。

　　

轮胎磨损颗粒(TWP)作为全球微塑料污染的主要来源之一，其含有的橡胶抗氧化剂6PPD在环境中会转化为高毒性产物6PPD-Q。2021年，6PPD-Q被证实对银鲑鱼具有致命毒性（LC₅₀ ～95 ng/L），但人类健康风险尚不明确。尽管早期啮齿动物实验显示6PPD安全性较高（口服LD₅₀ 1000–3580 mg/kg），但近期流行病学研究发现6PPD与人类非酒精性脂肪肝病存在关联，凸显了研究的紧迫性。

美国食品药品监督管理局（FDA）国家毒理学研究中心（NCTR）的研究团队采用两种前沿模型展开研究：短期（3天）使用三明治培养的原代人类肝细胞（PHHs）评估急性毒性，长期（28天）采用含肝细胞与非实质细胞（NPCs）的3D肝脏球体（PHLSs）模拟亚急性暴露。测试浓度基于人类平均血清水平（6PPD: 0.1 ng/mL；6PPD-Q: 0.2 ng/mL）的50–50,000倍梯度设计，涵盖环境暴露至极端暴露场景。关键技术包括：1）PHHs三明治培养维持肝功能；2）PHLSs长期培养观察慢性效应；3）多参数检测（LDH、白蛋白、尿素、GSH、ATP、caspase 3/7及10种细胞因子）。

急性毒性：PHHs中的功能紊乱

研究发现，6PPD在100倍血清浓度（10 ng/mL）即可降低谷胱甘肽（GSH）水平（降幅39%），而6PPD-Q需500倍浓度（100 ng/mL）才显现类似效应。白蛋白合成在10,000倍6PPD（1000 ng/mL）或2,500倍6PPD-Q（500 ng/mL）时显著受抑，尿素分泌则仅被6PPD-Q抑制。值得注意的是，乳酸脱氢酶（LDH）泄漏未增加，表明细胞膜完整性未被破坏。

亚急性毒性：PHLSs中的免疫激活与凋亡

28天暴露中，50,000倍6PPD（5000 ng/mL）引发caspase 3/7活性升高243%（提示凋亡启动）和LDH泄漏，但ATP水平初期反升29%，显示代偿反应。最敏感的指标是IL-8——6PPD-Q在50倍浓度（10 ng/mL）即使其分泌增加3倍，6PPD需200倍浓度（20 ng/mL）触发类似效应。其他9种细胞因子（如TNF-α、IL-6）均无变化，凸显IL-8的特异性响应。

结论与意义

该研究首次系统评估了6PPD/6PPD-Q对人类肝脏的毒性阈值：1）环境暴露水平（50–300倍血清浓度）下仅见GSH减少和IL-8升高，提示潜在代谢干扰和免疫激活；2）极高浓度（>2,500倍）才导致功能蛋白合成抑制，而细胞死亡仅见于50,000倍6PPD。这为制定环境安全标准提供了依据——常规暴露下肝毒性风险较低，但孕妇等高暴露群体（尿中6PPD-Q达8.6 ng/mL）可能面临肝功能异常风险。

研究创新性在于：1）采用生理相关性更强的PHHs模型，克服了既往肝癌细胞系（如HepG2）的局限性；2）发现IL-8作为敏感生物标志物的潜力，为后续流行病学研究指明方向。未来需重点探索6PPD-Q在慢性肝病（如代谢功能障碍相关脂肪性肝炎MASH）中的作用机制，以及不同人群（如肝病患者）的易感性差异。论文发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》，为全球应对轮胎衍生污染物的健康威胁提供了科学基准。