《NeuroToxicology》：Cytochrome P450 Expression Influences Behavioral Responses to 3,3?-Dichlorobiphenyl (PCB 11) in Juvenile Male and Female Mice Exposed Throughout Gestation and Lactation
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低氯化（LC）多氯联苯（PCBs）的发育神经毒性研究不足。发育期 PCB 11 暴露在幼年小鼠中产生行为缺陷。野生型小鼠中的行为缺陷呈性别和剂量依赖性。改变 CYP 基因表达可修饰 PCB 11 诱导的行为效应。CYP 多态性可能促成对 LC-PCBs 的个体
低氯化（LC）多氯联苯（PCBs）的发育神经毒性研究不足。发育期 PCB 11 暴露在幼年小鼠中产生行为缺陷。野生型小鼠中的行为缺陷呈性别和剂量依赖性。改变 CYP 基因表达可修饰 PCB 11 诱导的行为效应。CYP 多态性可能促成对 LC-PCBs 的个体间反应差异。
多氯联苯（polychlorinated biphenyls, PCBs）在 2000 年代初停止商业生产数十年后仍对人类健康构成风险。当代人类暴露不仅包括长寿命遗留 PCBs，还包括当前商业颜料生产的非故意副产物，后者富集低氯化 PCB 同系物（lower-chlorinated PCBs, LC-PCBs）。LC-PCBs 与遗留商业混合物中占主导的高氯化同系物（higher-chlorinated PCBs, HC-PCBs）在环境持久性、迁移、主要人类暴露途径和代谢方面不同。既往研究证明发育期暴露 PCBs 改变幼年啮齿动物行为表型，但主要关注 HC-PCB 同系物和/或富含 HC-PCBs 的混合物，LC-PCBs 的发育神经毒性（developmental neurotoxicity, DNT）相对未知。MARBLES 研究测定 Northern California 女性血清中 12 种最丰富 PCBs，PCB 11 和 28 占血清总 PCB 负担 >70%；暴露 MARBLES 混合物的小鼠表现社会交流和社会能力降低，但无法分离 PCB 11 单独贡献。PCB 11 和其他 LC-PCBs 被细胞色素 P450（cytochrome P450, CYP）氧化为羟基化代谢物（hydroxylated metabolites, OH-PCBs），进一步形成硫酸化和葡萄糖苷酸化代谢物，可能比母体化合物更持久。OH-PCBs 在人和动物脑组织检出，与神经毒性相关，可经胎盘从母体转移到胎儿血。CYP 多态性跨人群存在，是外源物代谢和反应个体差异主要贡献者。既往 CYP1A2 敲除和过表达小鼠研究显示 CYP1A2 表达调节 PCB 混合物诱导认知和运动缺陷易感性。体外研究报道 PCB 11 及人相关代谢物在低至 1 fM 增强原代啮齿动物海马和皮层神经元树突分支。研究人员先前证明孕哺期 0.1 或 1.0 mg/kg/d PCB 11 暴露改变 C57BL/6J 小鼠神经发育结局，呈性别和脑区依赖，包括海马和小脑树突分支减少、海马神经发生破坏、星形胶质反应增加。但尚无研究评估发育期 PCB 11 暴露后行为结局。因此，研究人员扩展先前研究，检验发育期 PCB 11 暴露是否改变与神经发育障碍相关行为任务表现，以及 CYP 介导代谢是否调节 PCB 11 诱导行为损伤。比较 C57BL/6J 野生型（wildtype, WT）、Cyp2abfgs-nullizygous（CYP-Null）和人类化 CYP2A6（CYP2A6-humanized, 2A6-Hum）小鼠。选 CYP-Null 因 CYP2 介导代谢能力降低，2A6-Hum 评估人 CYP 在 PCB 11 代谢和神经毒性中作用。CYP2A6 氧化具有邻位氢原子的 PCBs 生成 OH-PCBs；PCB 11 共享非氯代间位和对位 C-H。行为结局包括早期社会交流、空间工作记忆、社交能力、社交记忆、探索意愿、物体识别记忆。
关键技术方法概括：研究遵循 ARRIVE 指南。WT C57BL/6J 小鼠购自 Jackson Labs；CYP-Null 和 2A6-Hum 由 University of Arizona 提供并在 University of California, Davis 建 colony。剂量设计参照 MARBLES 队列女性血样 PCB 11 浓度。母鼠从交配前 2 周至哺乳期 P21 经母体饮食暴露 vehicle 或 PCB 11 0.1、1.0、6.0 mg/kg/d。P2 标准化窝大小。行为测试：P7 超声发声（ultrasonic vocalizations, USVs），P24 Y 迷宫自发交替，P31 社会趋近和社交新奇，P34 开放场，P35 新物体识别（novel object recognition, NOR）。P21/P35 血清用气相色谱-串联质谱（gas chromatography-tandem mass spectrometry, GC-MS/MS）检测 PCB 11，液相色谱-高分辨质谱（liquid chromatography-high resolution mass spectrometry, LC-HRMS）筛选代谢物。统计以窝为随机效应，性别、剂量、基因型为固定效应。
研究结果：3.1 P21 和 P35 幼鼠血清中 PCB 11 母体及其代谢物检测：P35 合并血清未检出母体 PCB 11；P21 高剂量组检出两个 PCB 11 硫酸盐和两个 OH-PCB 11 硫酸盐峰，频率分别为 50%、43%、71%、86%，其他剂量和 P35 未检出。结论：PCB 11 在行为测试时已清除，代谢物主要在高剂量 P21。3.2 PCB 11 对母体健康一般指标的基因型特异性效应：WT 母鼠体重、活产率、每窝仔数、性别比无影响；CYP-Null 母鼠 1.0 和 6.0 体重增加，2A6-Hum 母鼠 6.0 体重增加，但繁殖指标无变化。WT 雄/雌仔 1.0 体重增加；CYP-Null 和 2A6-Hum 仔体重无影响。3.3 发育期 PCB 11 暴露改变 WT 和 2A6-Hum 小鼠早期社会交流，但不改变 CYP-Null：P7 USV。WT 0.1、1.0、6.0 均减少；CYP-Null 无显著；2A6-Hum 0.1 和 6.0 减少，1.0 不显著。vehicle 组基因型间无差异，体温和肛门生殖器距离无差异。3.4 PCB 11 未改变任何基因型的空间工作记忆：P24 自发交替。WT、CYP-Null、2A6-Hum 均无显著影响，无性别差异。2A6-Hum 总进入数有主效应但 post hoc 仅雄性 1.0 与 6.0 差异；vehicle 2A6-Hum 雄性进入数少于 WT 雄性。3.5 PCB 11 引起基因型、性别和剂量依赖的社交能力变化：P31 社会趋近。WT 雄性 6.0 无社会偏好，雌性正常。CYP-Null 雄性 0.1 无偏好，雌性正常。2A6-Hum 雌性所有 PCB 剂量无偏好，雄性正常。总嗅闻时间无显著差异，但 CYP-Null 1.0 雌性和 2A6-Hum 1.0 雄/雌少于 WT。3.6 PCB 11 以基因型、性别和剂量依赖方式改变社交记忆：P31 社交新奇。WT 雄性 vehicle 正常，所有 PCB 雄性缺陷；雌性 vehicle 和 1.0 正常，0.1/6.0 缺陷。CYP-Null 类似 WT。2A6-Hum 所有 PCB 雄/雌缺陷，vehicle 正常。3.7 PCB 11 改变 CYP-Null 小鼠而非 WT 或 2A6-Hum 的探索：P34 开放场。WT 和 2A6-Hum 无影响。CYP-Null 雄性 0.1 和雌性 0.1/6.0 中心时间增加；距离和速度无影响。vehicle 中 2A6-Hum 雄性较 CYP-Null 雄性中心时间多、距离少、速度低。3.8 PCB 11 以剂量和性别而非基因型依赖方式改变物体识别：P35 NOR。WT 所有 PCB 剂量缺陷，discrimination index 降低。CYP-Null vehicle 和 0.1 正常，1.0/6.0 缺陷，雄性 1.0 discrimination index 降低。2A6-Hum vehicle 和雌性 0.1 正常，其他缺陷，但 discrimination index 无显著差异。总互动数 CYP-Null 雄性 0.1 增加，总时间无差异。
讨论部分总结：研究人员认为，本研究扩展先前 PCB 11 DNT 证据，证明发育期 PCB 11 暴露产生剂量、性别、基因型依赖多行为域缺陷，社会交流和社交记忆一致受影响。WT 中 PCB 11 导致社会行为缺陷而非认知行为，与 HC-PCB 主要影响认知的文献对比；USV 减少与 MARBLES 混合物一致，PCB 11 占该混合物 24.3%，剂量换算约 0.02、0.2、1.5 mg/kg/d，但社交缺陷剂量不同，提示 MARBLES 社交缺陷非仅 PCB 11。Fox River 混合物也有社会交流/社交记忆缺陷但不影响空间记忆。社会/识别记忆域可能比空间工作记忆更敏感，或 Y 迷宫不敏感。关键发现 CYP 介导代谢调节敏感性：CYP-Null 无 USV 和物体识别缺陷，提示 CYP 衍生代谢物驱动；2A6-Hum 社交缺陷更广，提示人 CYP2A6 增强易感。代谢物 P35 未检出，P21 高剂量仅硫酸盐，提示快速清除；不能排除脑内定量差异；行为效应可能源于神经发育轨迹改变而非当时神经传递干扰。性别是 PCB DNT 修饰因素，但暴露在 P21 结束，早于 P26 规律动情周期，所以性别差异可能早期发育决定。无母体毒性证据，体重变化短暂且不映射行为。后续用脑组织研究细胞分子机制，纵向研究评估持续性。研究结论翻译：总之，本研究扩展既往提示 PCB 11 具有 DNT 潜力的报道，证明发育期暴露 PCB 11 产生剂量、性别和基因型依赖的多个行为域缺陷，早期社会交流和社交记忆一致受影响。社会交流、社交能力和社交记忆在人类和啮齿动物中受损的证据提示转化相关性。不同 CYP 基因型对 PCB 11 行为效应的差异敏感性支持 CYP 介导代谢调节发育期 PCB 暴露后 DNT 结局的假说。鉴于 CYP2A6 广泛多态性导致人群代谢异质性，数据提示 CYP 遗传多态性是 LC-PCB DNT 易感性重要决定因素，并有助于解释暴露 PCBs 人群 DNT 结局个体间异质性。
