揭示由巨噬细胞驱动的炎症失调机制：NF-κB介导的过度炎症反应将6PPD-Q暴露与病毒性免疫病理学联系起来

《Journal of Hazardous Materials》：Unveiling a macrophage-driven inflammatory dysregulation: NF-κB-mediated hyperinflammation links 6PPD-Q exposure to viral immunopathology

6PPD-Q暴露通过激活肺巨噬细胞NF-κB通路加剧小鼠流感及VSV感染病理，炎症因子IL-6、TNF-α、IL-1β和IL-10显著升高，巨噬细胞耗竭逆转感染效应。该研究揭示环境污染物6PPD-Q通过干扰肺免疫微环境增强呼吸道病毒易感性，为环境健康风险评估提供依据。

　　

邱晓文|陈家军|王佳燕|李玉杰|齐晓燕|曾宪昌|冯华军|孔向辉

浙江中医药大学金华学院，中国浙江金华321015

摘要

呼吸道病毒感染对全球疾病负担和死亡率有显著影响。N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-p-苯二胺醌（6PPD-Q）因其明显的生态毒性而受到广泛关注。然而，这种普遍存在的环境污染物如何影响宿主对呼吸道病毒的免疫防御机制仍不清楚。本研究建立了一种小鼠模型，连续14天通过鼻腔给予与环境相关的6PPD-Q剂量，并同时通过鼻腔滴入甲型流感病毒（IAV）或通过尾静脉注射水泡性口炎病毒（VSV）。研究结果表明，预先暴露于6PPD-Q的小鼠在病毒感染期间的死亡率更高。值得注意的是，6PPD-Q暴露导致病毒广泛传播、严重的肺部病理变化以及明显的炎症失调，表现为IL-6、TNF-α、IL-1β和IL-10水平显著升高。免疫分析显示，6PPD-Q暴露在IAV感染期间诱导了中性粒细胞、单核细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞（MDMs）在肺部的选择性积聚。有趣的是，巨噬细胞耗竭完全消除了对照组和6PPD-Q处理组之间的生存率、病毒载量和细胞因子水平的差异。机制上，6PPD-Q激活了肺部分巨噬细胞中的NF-κB信号通路，从而驱动了过度的炎症反应。我们的发现证实，6PPD-Q显著增加了宿主对病毒性肺炎的易感性。这突显了环境健康管理在预防和控制呼吸道传染病中的关键作用。

引言

作为全球发病率和死亡率的重要因素，病毒感染对全球公共卫生产生了深远影响，尤其是在5岁以下的儿童中[1]、[2]、[3]、[4]。这些感染由甲型流感病毒（IAV）、水泡性口炎病毒（VSV）、严重急性呼吸综合征冠状病毒2型、鼻病毒和腺病毒等病毒引起，可导致多种临床表现。病理变化从轻微症状到严重病症不等，如喉炎、细支气管炎、肺炎、哮喘加重和咽扁桃体炎[5]、[6]、[7]。尽管医学研究取得了显著进展，但环境毒素与病毒感染易感性之间的相互作用仍需进一步探索，这是公共卫生研究的一个关键领域。

N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-p-苯二胺醌（6PPD-Q）是一种新兴的环境污染物，由普遍存在的轮胎抗氧化剂6PPD通过臭氧氧化形成[8]、[9]、[10]、[11]。该化合物因与太平洋西北部银鲑鱼的“城市径流死亡综合征”[12]以及线虫、斑马鱼和哺乳动物等模型生物的神经行为变化、生殖功能障碍和消化系统损伤[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]有关而受到广泛关注。值得注意的是，6PPD-Q在各种环境介质中普遍存在，尤其是在灰尘（0.62?143 ng/g）[20]和PM_2.5（0.1?7250 pg/m3）[22]中。随后的人体生物监测研究表明，其在尿液和血清中广泛存在，孕妇的暴露水平最高[24]、[25]。因此，这些氧化副产物的潜在健康影响引起了严重关注。

肺部免疫微环境在宿主对抗呼吸道病原体（包括病毒和细菌）的防御中起着关键作用，同时对外源性刺激（如颗粒物和环境污染物）也具有重要的屏障作用[26]、[27]、[28]、[29]。这个复杂的免疫网络由多种免疫细胞和分子组成，它们协同工作以维持体内平衡并引发有效的免疫反应[30]。具体而言，巨噬细胞通过识别病毒病原体、吞噬受感染细胞以及分泌I型干扰素、促炎细胞因子和趋化因子，在先天免疫反应中起核心作用[31]、[32]、[33]。然而，巨噬细胞介导的炎症反应失调可能导致免疫病理[31]。这种不适应的炎症状态最终会导致组织损伤、水肿和气体交换受损，这些表现与严重的病毒性肺炎和急性呼吸窘迫综合征明确相关[34]、[35]、[36]。先前的研究表明，PM_2.5通过抑制IFN-β的产生并使细胞因子谱向过度炎症方向重新编程，从而削弱了巨噬细胞的功能，增加了宿主对呼吸道病毒的易感性[28]。我们的先前研究表明，6PPD-Q的呼吸道暴露通过损害肺泡巨噬细胞的先天免疫功能加重了细菌性肺炎[27]。值得注意的是，6PPD-Q可能通过诱导肺细胞的氧化应激和炎症反应破坏肺部免疫稳态[37]。然而，6PPD-Q对抗病毒免疫的影响及其潜在的细胞和分子作用机制仍不清楚。

因此，本研究的主要目的是探讨6PPD-Q暴露如何影响宿主对病毒感染的易感性。我们的小鼠模型模拟了现实世界中的人类吸入或系统感染暴露情景，连续14天通过鼻腔给予与环境相关的6PPD-Q剂量，随后通过鼻腔感染IAV或通过尾静脉感染VSV。收集小鼠血清和肺组织，进行组织病理学检查以及免疫学和感染参数的分析。此外，对巨噬细胞的转录组分析提供了关于呼吸道6PPD-Q暴露如何调节抗病毒先天免疫的作用和潜在机制的见解。我们的发现及时且令人担忧地指出了像6PPD-Q这样的环境污染物对健康的潜在风险，特别是在呼吸道病毒感染的背景下。

化学物质和试剂

6PPD-Q的标准品和内部标准品coumaphos-d₁₀购自Alta Scientific Co., Ltd.（中国天津）。苯甲酮-d₁₀和¹³C₆-6PPD-Q的替代标准品分别来自Alta Scientific Co., Ltd.和Cambridge Isotope Laboratories（美国波士顿）。

乙腈（LC-MS级）和甲醇（HPLC级）购自Supelco（Merck KGaA，德国达姆施塔特）。乙醇（HPLC级）和异丙醇（HPLC级）购自Anpel

暴露于6PPD-Q的小鼠对病毒感染的易感性增加

为了研究呼吸道暴露于6PPD-Q的影响，每天通过鼻腔滴入20 μL的6PPD-Q溶液（浓度为2 ng/mL）（图1 A）。暴露两周后，小鼠血清和肺组织中的6PPD-Q浓度分别为0.01?0.027 ng/mL（中位数：0.017 ng/mL）和0.18?0.43 ng/g（0.30 ng/g），均高于对照组（表1）。6PPD-Q处理组与对照组在食物和水分摄入方面没有差异

讨论

鉴于6PPD在橡胶制品（如轮胎和门垫）中的普遍存在及其转化产物6PPD-Q在多种环境介质（如PM_2.5和灰尘）中的存在[13]、[43]、[44]，全面评估其潜在的人类健康风险迫在眉睫。先前的研究表明，6PPD-Q不仅在肺部积累，还在分子、细胞和体内水平上表现出直接毒性，最终导致病理损伤[19]

CRediT作者贡献声明

王佳燕：方法学、研究。陈家军：研究。齐晓燕：方法学。李玉杰：研究。邱晓文：写作——初稿、方法学、资金获取。冯华军：写作——审稿与编辑、项目管理。曾宪昌：写作——审稿与编辑、正式分析、数据管理。孔向辉：写作——审稿与编辑、资金获取、正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号82402123和42407571）和中国博士后科学基金（2024M762861）的财政支持。此外，本研究还得到了CPSF博士后奖学金计划（Grant Number GZC20232323）的资助。