苯与香烟烟雾联合暴露经AhR-NLRP3信号通路加重血液毒性

《Toxicology Reports》：Benzene and cigarette smoke co-exposure exacerbates hematotoxicity involving the AhR–NLRP3 signaling pathway

　　

背景：苯（benzene, BZ）是公认的血液毒物，香烟烟雾（cigarette smoke, CS）是BZ非职业性暴露的主要来源。虽然在真实环境中BZ和CS联合暴露很常见，但其联合毒性的机制仍不清楚。目的：本研究旨在探讨BZ和CS联合暴露是否加重血液毒性，并探索芳烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）-NLRP3信号通路的潜在参与。方法：研究人员将60只雄性Balb/c小鼠分为6组：CON、BZ、CS、BZ+CS、BZ+CS+CH223191（AhR抑制剂）和BZ+CS+MCC950（NLRP3抑制剂），接受8周亚慢性暴露方案。评估外周血参数、骨髓组织病理学、AhR-NLRP3信号通路相关蛋白表达及循环炎症细胞因子（IL-1β、IL-6和IL-18）。采用适合实验设计的统计模型分析纵向结局及苯×香烟烟雾交互作用。结果：BZ和CS联合暴露比单独暴露引起更显著的血液学改变，并伴有更严重的骨髓损伤。正式析因分析显示RBC和HGB存在显著的苯×香烟烟雾交互作用，交互对比提示超相加性降低。相反，WBC、NEUT或PLT未检测到显著交互作用。联合暴露还上调AhR、NLRP3和cleaved caspase-1（p20），并升高循环IL-1β、IL-6和IL-18。三种细胞因子均观察到显著的苯×香烟烟雾交互作用，交互对比提示超相加性增加。药理学抑制AhR或NLRP3减轻了血液学改变、炎症细胞因子升高和通路相关变化。结论：BZ和CS联合暴露加重血液毒性，AhR-NLRP3相关信号可能参与该过程。

苯与香烟烟雾联合暴露经AhR-NLRP3信号通路加重血液毒性——论文解读

一、研究背景与问题
苯（benzene, BZ）是一种广泛使用的工业化学品和公认的环境与职业毒物，亚慢性暴露与外周血细胞减少、骨髓抑制以及急性髓系白血病和再生障碍性贫血等血液系统恶性肿瘤风险增加相关。香烟烟雾（cigarette smoke, CS）是BZ非职业性暴露的主要来源，因为BZ是CS中释放的挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs）之一，主流烟中苯产量约为每支12–50 μg。除BZ外，CS还含有包括多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）在内的复杂毒性成分。流行病学研究表明CS可能加剧苯诱导的造血损伤并加速白血病进展，但BZ与CS联合作用的分子机制仍不明确。芳烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）是一种配体激活转录因子，可被BZ代谢物和CS中的PAHs激活，调节细胞色素P450 1A1（CYP1A1）等异源物质代谢酶，并与氧化应激和炎症反应相关。NLRP3炎症小体是先天免疫的关键组分，在细胞应激信号下激活，导致caspase-1活化和下游炎症过程。已有证据提示AhR与NLRP3炎症小体激活之间存在功能性相互作用。但在BZ和CS联合暴露下，AhR-NLRP3信号通路是否参与血液毒性尚不清楚。为此，研究人员建立了小鼠亚慢性联合暴露模型，并使用药理学抑制剂探讨该通路的参与。

二、研究内容、结论与意义
研究人员将60只雄性Balb/c小鼠随机分为6组（CON、BZ、CS、BZ+CS、BZ+CS+CH223191、BZ+CS+MCC950），进行8周亚慢性暴露。结果发现联合暴露比单独暴露引起更显著的外周血细胞减少和骨髓损伤；析因分析显示RBC和HGB呈超相加性降低，IL-1β、IL-6和IL-18呈超相加性升高；肝脏和骨髓中AhR、NLRP3和cleaved caspase-1（p20）表达上调；药理学抑制AhR或NLRP3可部分逆转上述改变。这些结果提示AhR-NLRP3相关信号可能参与联合暴露诱导的血液毒性，为理解环境与生活方式相关毒物联合效应的机制提供了新证据。

三、关键技术方法
本研究采用SPF级雄性Balb/c小鼠（8周龄，23±2 g，n=60），购自济南朋悦实验动物繁殖有限公司，实验经山东第一医科大学伦理委员会批准（No.W202503040439）。BZ以1940 mg/kg皮下注射，每周3次；CS采用全身吸入系统，每天0.5小时，每周5天，颗粒物浓度约170–200 mg/m³；CH223191（5 mg/kg）和MCC950（10 mg/kg）腹腔注射，每周3次，于暴露前1小时给药。主要方法包括：自动血液分析仪检测外周血参数；H&E染色评估骨髓组织病理学；Western blot检测通路蛋白；ELISA检测血浆IL-1β、IL-6和IL-18；线性混合效应模型和2×2析因方差分析用于统计分析。

四、研究结果

4.1 BZ和CS暴露引起外周血细胞减少
纵向观察显示，BZ+CS组和BZ组分别从第21天和第28天起体重显著低于CON组；抑制剂组从第14天起体重显著高于BZ+CS组。第56天时，BZ+CS组WBC、RBC、HGB和NEUT均显著低于CON组，PLT无显著变化；RBC和HGB亦低于BZ或CS单独暴露组。2×2析因分析显示，RBC（交互估计=?2.45×10¹²/L）和HGB（交互估计=?27.3 g/L）存在显著BZ×CS交互作用，提示超相加性降低；而WBC、NEUT和PLT无显著交互。动态分析显示所有五项血细胞参数均存在显著组×时间交互，提示不同组的时间变化模式存在差异。

4.2 BZ和CS联合暴露引起骨髓和肝脏组织病理学改变
H&E染色显示，BZ+CS组骨髓呈现广泛低细胞性区域、造血细胞显著减少和脂肪空泡增加，损伤最为明显；盲法半定量评分显示BZ+CS组评分显著高于CON组（调整P=0.0096）。肝脏H&E染色未发现明显组织学异常。

4.3 肝脏中AhR-NLRP3相关信号的变化
BZ+CS组肝脏中AhR表达较CON组显著升高（P=0.0345）；CYP1A1表达显著高于CON、CS和BZ组；NLRP3表达显著高于CON和CS组，但与BZ组差异无统计学意义。CH223191显著降低AhR表达（P=0.0053）；CH223191和MCC950均显著降低CYP1A1和NLRP3表达。

4.4 骨髓中AhR-NLRP3相关信号的变化
骨髓单核细胞（bone marrow mononuclear cells, BMMNCs）中，BZ+CS组AhR和NLRP3表达显著高于CON、CS和BZ组；cleaved caspase-1（p20）在BZ和BZ+CS组均显著高于CON组，但两暴露组间无显著差异。CH223191和MCC950均显著降低AhR、NLRP3和cleaved caspase-1（p20）表达（均P<0.0001）。

4.5 BZ和CS联合暴露升高血浆炎症因子水平
BZ+CS组IL-1β、IL-6和IL-18均显著高于BZ或CS单独暴露组（均P<0.0001）。析因分析显示三种细胞因子均存在显著正交互作用（IL-1β交互估计=27.7 pg/mL；IL-6交互估计=35.3 pg/mL；IL-18交互估计=464 pg/mL），提示超相加性升高。两种抑制剂均显著降低三种炎症因子水平（均P<0.0001）。

4.6 药理学抑制AhR-NLRP3减轻血液毒性
CH223191或MCC950处理均降低肝脏和骨髓中通路相关蛋白表达，两种抑制剂效果相似。与BZ+CS组相比，抑制剂组WBC、RBC、HGB和NEUT显著升高，体重恢复，骨髓组织学评分有改善趋势但多重比较校正后未保持显著差异。

五、讨论总结与结论
讨论指出，BZ和CS联合暴露对血液学终点的影响不同：红细胞相关参数呈超相加降低，而白细胞系无明显交互，提示并非统一的协同反应。时间变化可能反映早期代偿性造血反应，长期暴露后代偿不足。骨髓组织学证实联合暴露导致严重骨髓损伤。在AhR-NLRP3通路方面，联合暴露在肝脏和骨髓中均上调AhR、NLRP3和cleaved caspase-1（p20），炎症因子超相加升高，支持该通路的参与。CYP1A1上调提示AhR介导的代谢反应增强，但CYP1A1变化与骨髓损伤不完全平行，可能存在复杂的代谢与毒性关系。研究局限性包括：使用单一BZ剂量和CS暴露方案，无法评估剂量-反应关系；皮下注射BZ不能完全重现人类主要暴露途径；CS作为复杂混合物，无法区分烟雾中苯与其他成分的单独贡献。研究结论为：BZ和CS联合暴露诱导显著血液毒性和骨髓损伤，特定血液学和炎症终点存在超相加效应，这些效应与肝脏和骨髓中AhR-NLRP3相关信号改变相关；药理学抑制AhR或NLRP3可部分缓解血液学和炎症改变并抑制通路相关蛋白表达，提示AhR-NLRP3相关信号可能参与BZ和CS联合暴露诱导的血液毒性。