《NeuroToxicology》：Sublethal bisphenol A compromises BV-2 microglial immunity by disrupting TLR4 signaling through the ROS/Nrf2-Keap1/HO-1 axis
编辑推荐：
•亚致死剂量的双酚A会破坏BV-2小胶质细胞的基线免疫功能。•亚致死剂量的BPA会干扰BV-2小胶质细胞对LPS引发的免疫炎症反应。•亚致死剂量的BPA会在BV-2小胶质细胞中引发氧化应激。•亚致死剂量的BPA可通过激活ROS/Nrf2-Keap1/HO-1轴来调节TLR4信号通
- •
亚致死剂量的双酚A会破坏BV-2小胶质细胞的基线免疫功能。
- •
亚致死剂量的BPA会干扰BV-2小胶质细胞对LPS引发的免疫炎症反应。
- •
亚致死剂量的BPA会在BV-2小胶质细胞中引发氧化应激。
- •
亚致死剂量的BPA可通过激活ROS/Nrf2-Keap1/HO-1轴来调节TLR4信号通路。
- •
本研究揭示了BPA暴露与免疫炎症反应异常之间的机制关联。
引言
双酚A是一种广泛用于塑料和环氧树脂中的内分泌干扰化学物质，也是常见的环境污染物（Manzoor等人，2022）。人类几乎不可避免地会接触到这种物质，多种生物体液中都能检测到BPA的存在（Vandenberg等人，2007）。由于BPA能够轻易穿过血脑屏障，有证据表明它具有神经毒性，可能引发行为、神经发育及神经退行性疾病（Costa和Cairrao，2024；Rebolledo-Solleiro等人，2021）。流行病学研究显示，儿童体内尿液中BPA含量较高时，会出现焦虑、抑郁症状，学习能力也会下降（Hong等人，2013）；而孕期接触BPA则可能与幼儿执行功能、工作记忆及社交反应能力的缺陷有关（Braun等人，2017）。实验研究表明，BPA会在神经元细胞中引发类似阿尔茨海默病的毒性作用，还会损害动物模型中的认知功能（Tian等人，2010；Wang等人，2017）。母亲接触BPA还会通过扰乱与神经炎症及阿尔茨海默病病理相关的海马体基因，增加后代患阿尔茨海默病的风险（Sukjamnong等人，2020），这说明BPA引发的神经免疫紊乱会提高患神经系统疾病的风险。尽管已有这些研究结果，但BPA引发神经毒性的具体机制仍不完全清楚。
小胶质细胞是中枢神经系统中的主要固有免疫细胞，在维持神经元稳态方面起着关键作用。除了抵御病原体外，小胶质细胞还参与突触重塑、清除淀粉样蛋白β和tau等错误折叠的蛋白质，以及调控神经炎症信号通路（Chen和Trapp，2016）。如果小胶质细胞的免疫功能受到破坏，这些保护机制就会失效，从而增加患神经退行性疾病的风险（Paolicelli等人，2022）。虽然已有研究指出BPA暴露会增加患多种疾病的风险（Araiza等人，2021；Xu等人，2016），但大多数研究都集中在外周免疫系统上，关于BPA如何影响小胶质细胞介导的神经免疫反应，目前了解还相对较少。
Toll样受体4是调控小胶质细胞固有免疫信号通路的关键分子。TLR4被激活后会启动MyD88依赖性和TRIF依赖性的信号级联反应，进而促使炎症介质的产生，帮助机体防御病原体。适当调控TLR4信号通路对于维持小胶质细胞的免疫功能至关重要。过度激活可能会引发慢性神经炎症并损害神经元，而激活不足则会降低小胶质细胞的响应能力，影响其对淀粉样蛋白β、α-突触核蛋白等致病蛋白聚集物的清除能力（Trotta等人，2014）。越来越多的证据表明，包括BPA在内的环境毒素可能会影响外周组织及下丘脑中的TLR4依赖性炎症通路（Ma等人，2021；Wang等人，2021），这提示BPA也可能通过类似的机制扰乱小胶质细胞的免疫信号通路。
氧化应激是BPA暴露带来的典型后果之一（Costa和Cairrao，2024；Gassman，2017）。血红素加氧酶-1是一种由Nrf2–Keap1信号通路调控的应激诱导酶，通常会在活性氧、炎症刺激及细胞应激情况下被激活（Alam和Cook，2003）。先前的研究已经表明，BPA暴露可以激活氧化应激通路，并在神经元细胞中诱导HO-1的表达（Lee等人，2021；Shen等人，2023）。不过，在BPA暴露环境下HO-1在调控小胶质细胞免疫反应中的作用尚不清楚。鉴于已有研究指出HO-1可以调控炎症信号通路及小胶质细胞的活化过程（Castany等人，2016；Fernandez-Albarral等人，2022；Fernandez-Mendivil等人，2021），因此有必要进一步研究HO-1在BPA导致的小胶质细胞免疫功能改变中的作用。
基于以上分析，我们提出假设：BPA可能通过扰乱炎症信号通路来改变小胶质细胞的免疫功能。本研究以BV-2小胶质细胞作为实验模型，探讨了BPA是否会影响小胶质细胞的免疫炎症反应，并研究了氧化应激相关通路可能发挥的作用。具体而言，我们分析了BPA引发的氧化信号传导，尤其是ROS/Nrf2–Keap1/HO-1轴，是否能够调控小胶质细胞中的TLR4依赖性炎症信号通路。我们的研究结果表明，即便在不会影响细胞存活浓度的条件下，BPA也能激活ROS/Nrf2–Keap1/HO-1通路，并抑制TLR4信号通路，从而改变小胶质细胞的免疫炎症反应。这些发现为解释环境中的BPA暴露为何会增加患神经病理性疾病的风险提供了机制层面的依据。
章节要点
化学品、抗体、试剂盒等
除特别说明外，所有化学品均购自Sigma-Aldrich/Merck（美国密苏里州圣路易斯市）。荧光染料，包括2',7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯（H2DCFDA）、二氢乙啶（DHE）和二氢罗丹明123（DHR-123），均从Molecular Probes/Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市）购买。ML385和ICI182,780这类药物则来自Tocris Bioscience（美国密苏里州埃利斯维尔市）。叔丁基对苯二酚则购自Selleck公司。
LPS会增强致死剂量BPA引发的胶质细胞毒性，而亚致死剂量BPA则可减轻LPS导致的细胞存活率下降
为了评估在正常状态和炎症状态下BPA对BV-2细胞的细胞毒性，我们将细胞分别暴露于BPA、LPS或二者共同存在的环境中。浓度≥30μM的BPA会降低细胞存活率，而100ng/mL的LPS会进一步加剧这一效应（见图1A）。浓度为10μM的BPA被视为亚致死剂量。300–500ng/mL的LPS也会降低细胞存活率，但10μM的BPA可以部分缓解这一效应（见图1B），这说明亚致死剂量的BPA确实可以减少LPS引发的胶质细胞毒性。这一结果促使我们进一步展开研究。
讨论
含有BPA的产品被众多人群使用，其中包括患有神经系统疾病的人群和学龄儿童（Manzoor等人，2022；Rebolledo-Solleiro等人，2021）。除了直接的神经毒性外，BPA还可能削弱神经免疫功能，进而推动发育性和退行性脑疾病的进展。本研究首次证明，亚致死剂量的BPA在细胞处于静息状态或炎症状态时都不会影响小胶质细胞的存活率，但它会干扰TLR4的功能。
CRediT作者贡献说明
WANG JIZ-YUH：论文撰写——审阅与编辑、论文撰写——初稿撰写、项目监督、项目管理、资金获取、研究构思。Ching-Tien Lee：论文撰写——初稿撰写、方法设计、实验实施、数据正式分析。Cheng-Fang Hsieh：数据可视化、结果验证、研究资源协调、数据整理。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本论文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究主要由台湾高雄医学大学提供资助（项目编号KMU-M114029，由Wang Jiz-Yuh负责），同时还获得了高雄医学大学研究中心的资助（项目编号KMU-TC111B02）。
Ching-Tien Lee|Cheng-Fang Hsieh|Jiz-Yuh Wang
