《NeuroToxicology》：Pyrethrin II Impairs Mitochondrial Potential through ROS and MAPK Pathways in HT?22 Cells
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Jiaojiao Gao|Xinbi Zhang|Qie Mu|Yurong Liu|Hong Yang|Rui Cao|Xiuwei Wang|Baofeng Yu|Li Zhang|Yaoyao Guo•除虫菊素II通过打破细胞增殖与凋亡的平衡，引发HT-22海马细胞的神经毒
Jiaojiao Gao|Xinbi Zhang|Qie Mu|Yurong Liu|Hong Yang|Rui Cao|Xiuwei Wang|Baofeng Yu|Li Zhang|Yaoyao Guo
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除虫菊素II通过打破细胞增殖与凋亡的平衡，引发HT-22海马细胞的神经毒性。
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除虫菊素II会引发过量活性氧生成，进而激活JNK/p38通路并抑制ERK1/2通路。
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除虫菊素II会导致线粒体功能紊乱、细胞存活能力下降以及凋亡增加。
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作为活性氧清除剂的N-乙酰半胱氨酸可部分恢复细胞存活能力并减少凋亡，从而证实氧化应激在其中起作用。
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由活性氧介导的JNK/ERK信号通路被认定为除虫菊素II引发神经毒性的关键因素。
引言
数千年来，从菊科植物艾菊的干燥花头中提取的除虫菊提取物一直被用作驱赶叮咬性节肢动物的试剂（Liu等，2021）。拟除虫菊酯类化合物也是农业害虫控制及家庭杀虫剂中的主要活性成分，这类化合物主要分为天然拟除虫菊酯和合成拟除虫菊酯两大类（Soderlund和Bloomquist，1989）。有研究指出，人们可能因在居住区使用广谱喷雾，或是摄入农产品上的拟除虫菊酯残留而使其进入体内（Wang等，2025；Wang等，2022）。多项先前的研究表明，接触拟除虫菊酯可能会对人类造成多种神经毒性影响，比如麻木、运动神经元功能障碍、头晕以及记忆力减退（Xu等，2020；Andersen等，2022）。不过，针对天然拟除虫菊酯和合成拟除虫菊酯的研究仍然较为有限。天然拟除虫菊酯通常以粗制植物提取物或商业混合物的形式使用，大多数毒理学研究也都集中在这些混合物上，因此缺乏对其核心活性成分的系统性研究，这也就难以将毒理学效应或机制准确归因于特定成分。相比之下，合成拟除虫菊酯虽然杀虫效果更强，但具有较高的化学稳定性、环境持久性，同时对哺乳动物的毒性也较大。
除虫菊素II是天然除虫菊酯中的主要活性成分，也是决定其杀虫活性的关键分子（Yamamoto等，1971）。这种化合物广泛存在于天然除虫菊提取物中，可通过吸入、皮肤接触以及摄入等多种途径进入人体（Beamer等，2009；Yamamoto等，1971）。现有研究表明，天然拟除虫菊酯混合物具有神经毒性，能够干扰动物的神经系统发育。例如，拟除虫菊酯会通过破坏线粒体能量代谢来引发神经毒性（Hirano等，2023），而母体在孕期接触合成拟除虫菊酯氯氟氰菊酯，也会导致后代出现神经行为异常以及突触损伤（Gao等，2024）。不过，除虫菊素II单体引发神经发育异常的具体分子机制目前尚不清楚。针对除虫菊素II开展针对性研究，有助于填补当前关于天然拟除虫菊酯单体的知识空白，让我们能够更准确地了解它对神经发育及其他神经系统疾病的影响。此类研究有望为设计出新型、环保且对昆虫高效、同时对哺乳动物毒性较低的杀虫剂提供重要的毒理学依据。
活性氧是一般认为由氧气消耗及细胞代谢过程产生的副产物（Zorov等，2014）。线粒体是细胞能量代谢和活性氧调控的核心场所，正常的线粒体稳态过程中会产生可能具有损害作用的活性氧积累（Dan Dunn等，2015）。因此，线粒体功能紊乱被认为是大多数遗传性代谢疾病的根源，同时也与多种神经发育疾病有关。我们之前的研究进一步表明，活性氧和线粒体损伤在神经管缺陷的发病机制中起着重要作用（Zhang等，2020a）。最新研究显示，过量的活性氧能够调节MAPK信号通路，包括JNK、p38和ERK通路，而这些通路都是调控细胞存活、增殖和凋亡的关键因子（Fang等，2021；Zhang等，2025a）。不过，除虫菊素II是否通过活性氧影响海马神经元的MAPK信号通路目前还不清楚。因此，在本研究中，我们探讨了活性氧介导的MAPK信号失调在除虫菊素II引发HT-22细胞神经毒性中的作用。
在本研究中，我们发现暴露于除虫菊素II会打破细胞增殖与凋亡之间的平衡。从机制上看，除虫菊素II会增加活性氧的生成，抑制ERK通路活性，同时激活JNK/p38信号通路，还会降低线粒体膜电位，促使TOMM20蛋白表达量出现代偿性上升，最终导致细胞增殖与凋亡失衡。
章节节选
细胞培养与处理
小鼠海马神经元细胞系HT-22购自BeNa Culture Collection（产品编号：BNCC358041）。这些细胞在含有10%胎牛血清（Cellmax，产品编号：SA211.02）和1%青霉素/链霉素（Solarbio，产品编号：P1400）的DMEM高糖培养基（GIBCO，产品编号：C11995500BT）中培养。细胞在37℃、5%二氧化碳的环境中培养，每2天传代一次。为了确定合适的处理浓度，我们对HT-22细胞进行了相应处理
转录组测序揭示除虫菊素II在HT-22细胞中的浓度依赖性转录调控机制及核心毒性机制
我们通过CCK-8检测法，研究了不同浓度（0、10、20、30、40μg/mL）的除虫菊素II对HT-22细胞存活率的影响。在10μg/mL浓度下，细胞存活率仍保持相对较高水平，这反映了该浓度下化合物的早期作用，因此将该浓度组定为低浓度组。而用40μg/mL浓度的除虫菊素II处理24小时后，细胞存活率显著降至对照组的40%到50%之间（p值＜0.01），虽未达到坏死程度，但毒性作用十分明显
讨论
本研究证明，作为天然除虫菊酯主要杀虫成分的除虫菊素II会打破神经细胞中的增殖与凋亡平衡。从机制上看，除虫菊素II会增加活性氧的生成，进而抑制ERK信号通路活性，同时激活JNK/p38信号级联反应。这种MAPK通路的失衡伴随着线粒体膜电位的下降以及TOMM20蛋白的代偿性上调，这些都表明存在线粒体功能紊乱以及适应性应激反应。综合来看，这些因素共同导致了细胞增殖与凋亡的失衡
结论
综上所述，我们的研究结果表明，活性氧介导的JNK/ERK信号失调以及线粒体功能紊乱是除虫菊素II引发HT-22海马细胞神经毒性的关键机制。除虫菊素II通过活性氧-JNK通路破坏神经细胞的氧化还原平衡及线粒体结构完整性，进而扰乱细胞增殖与凋亡的稳态。针对JNK信号通路采取措施或改善线粒体功能，或许能够减轻这些毒性作用。我们需要承认，目前研究缺乏体内实验验证，这是一个局限性
资金支持
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：82201319）、山西省基础研究计划（项目编号：202403021212086、202503021212332、202503021212256）以及山西省吕梁市重点研发项目（项目编号：2024SHFZ14）的资助。
CRediT作者贡献说明
Baofeng Yu：文章撰写——审阅与编辑，概念构思。Xiuwei Wang：概念构思。Yaoyao Guo：文章撰写——审阅与编辑，文章初稿撰写，研究指导，软件应用，项目管理。Li Zhang：文章撰写——审阅与编辑，文章初稿撰写，方法设计，资金申请，数据整理，概念构思。Jiaojiao Gao：文章撰写——审阅与编辑，文章初稿撰写，结果可视化，资源获取，概念构思。Xinbi Zhang：方法设计。Qie Mu：方法设计
利益冲突声明
作者声明可能存在以下财务利益或个人关系，这些均可能被视为潜在的利益冲突：Li Zhang表示其研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：82201319）的资助；Jiaojiao Gao则表示其研究得到了山西省基础研究计划（项目编号：202403021212086、202503021212332、202503021212256）的资助。其他作者则声明不存在已知的利益冲突
致谢
我们非常感谢中国北京的NovoMagic有限公司为我们的RNA-Seq研究提供的支持。
公开声明
作者们声明不存在任何利益冲突。部分图表是通过biorender.com软件制作的。
