六价铬靶向线虫GABA能、胆碱能和多巴胺能神经元诱导神经退行性变并加速衰老表型的研究

本研究针对环境污染物六价铬[Cr(VI)]神经毒性机制不明的关键问题，利用Caenorhabditis elegans模型开展神经毒性评估。研究发现亚致死浓度Cr(VI)在6小时暴露后特异性靶向GABA能神经元，24小时暴露进一步影响胆碱能和多巴胺能神经元，并导致运动行为异常和肠道自发荧光增强（加速衰老标志）。该研究首次系统揭示Cr(VI)的神经元特异性靶点，为神经毒性机制研究和风险评估提供了重要模型依据。

　　

六价铬[Cr(VI)]作为广泛存在的环境污染物，主要通过吸入和摄入途径影响全球数百万人群。虽然其致癌性和肝肾毒性已被充分认识，但关于其神经毒性的认知仍存在显著空白。人类研究表明Cr(VI)暴露与自闭症谱系障碍、运动神经元疾病、嗅觉功能障碍和记忆损伤相关，然而由于大脑区域特异性积累数据的缺乏（主要集中在啮齿类海马、下丘脑和垂体），细胞特异性效应至今未知。

在此背景下，研究团队利用Caenorhabditis elegans（秀丽隐杆线虫）这一高通量神经毒性研究模型，系统评估了Cr(VI)的神经毒性效应。所有测试浓度均为亚致死水平，24小时暴露后线虫体内铬生物累积量仅为给药剂量的约10^-8%。研究发现Cr(VI)在6小时暴露后初始靶向GABA能神经元，而24小时暴露后进一步影响胆碱能、多巴胺能和GABA能神经元。行为学改变与神经退行性变一致，且Cr(VI)加剧了线虫肠道自发荧光，表明加速了生物衰老过程。

研究人员采用多学科技术方法开展研究：通过原子吸收光谱法(AAS)测定线虫铬摄取量；利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行金属组学分析；采用转基因报告株系(LX929, BY200, eat-4::GFP, CZ13799)进行神经退行性变评估；通过打 thrashing assay、curling assay、levamisole sensitivity assay和aldicarb sensitivity assay等行为学分析方法评估神经功能；使用421 nm激发光测量肠道自发荧光作为衰老标志物。

3.1. 致死性和金属组学分析

钠铬酸盐在6小时或24小时暴露后均未显著影响线虫存活率，即使在高浓度下也是如此。AAS分析显示铬摄取量极低但呈剂量依赖性，24小时暴露于1000 mg/L后线虫铬负荷仅为给药浓度的约10^-8%。ICP-MS分析表明24小时暴露后虽未出现显著差异，但镁(Mg)、钾(K)、锌(Zn)和钼(Mb)水平普遍降低，而铁(Fe)和钴(Co)水平轻微升高。

3.2. 钠铬酸盐诱导的神经退行性变显示对GABA能、胆碱能和多巴胺能神经元的特异性

6小时暴露后，钠铬酸盐在500 mg/L浓度下显著诱导GABA能神经元神经退行性变(p = 0.0241)。24小时暴露后， glutamatergic神经元基本未受影响，而胆碱能神经元在500 mg/L (p = 0.0208)和1000 mg/L (p = 0.0024)暴露下显著受损；多巴胺能神经元在5 mg/L (p < 0.0001)、500 mg/L (p < 0.0001)和1000 mg/L (p < 0.0001)暴露下出现显著神经退行性变；GABA能神经元在500 mg/L (p < 0.0001)和1000 mg/L (p = 0.0001)暴露下持续受损。

3.3. 钠铬酸盐改变与神经元靶点相关的行为

24小时暴露后，50 mg/L (p = 0.0015)、500 mg/L (p < 0.0001)和1000 mg/L (p < 0.0001)浓度下thrashing行为显著减少。1000 mg/L暴露下curling行为显著增加(p = 0.0167)。Aldicarb敏感性测定显示50 mg/L暴露下胆碱能功能显著受损(p = 0.0423)，而levamisole敏感性测定表明50 mg/L (p = 0.031)、500 mg/L (p = 0.002)和1000 mg/L (p = 0.003)暴露下GABA能功能显著增强。

3.4. 自发荧光

6小时暴露于50 mg/L后肠道自发荧光显著增加(p < 0.0001)，24小时暴露于50 mg/L (p < 0.0001)、500 mg/L (p = 0.0001)和1000 mg/L (p = 0.0002)后自发荧光增加更为明显，表明Cr(VI)加速了生物衰老过程。

研究结论表明，Cr(VI)在C. elegans模型中诱导了渐进性神经退行性变，以时间依赖性方式靶向特定神经元群体。6小时暴露仅诱导GABA能神经元神经退行性变，而延长暴露至24小时则进一步影响胆碱能和多巴胺能神经元。行为学数据支持神经退行性变改变，将形态学变化转化为功能输出。值得注意的是，胆碱能相关行为(aldicarb敏感性)的非单调效应表明Cr(VI)神经毒性机制在较低浓度(5或50 mg/L)和较高浓度(500或1000 mg/L)之间发生变化。

这项研究的重要意义在于首次在C. elegans模型中系统描述了Cr(VI)的特定神经元靶点，并将形态学改变与特定行为效应相联系。研究发现Cr(VI)表现出对GABA能、胆碱能和多巴胺能神经元的特异性，改变了与特定神经元功能一致的C. elegans行为，并加速了生物衰老。这些数据为更详细地研究慢性暴露和潜在机制奠定了基础，以解释这种神经元特异性，为Cr(VI)神经毒性机制研究和风险评估提供了重要的模型系统和理论基础。论文发表在《NeuroToxicology》期刊，为环境污染物神经毒性研究领域提供了重要参考。