叶酸吸收与代谢的紊乱会引发DNA损伤，从而导致暴露于6-PPD醌的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中的生殖细胞发生凋亡

《Environmental Pollution》：Disruption in absorption and metabolism of folate mediates DNA damage activated germline apoptosis in 6-PPD quinone exposed Caenorhabditis elegans

　　

摘要

6-PPD醌（6-PPDQ）的暴露会导致生殖毒性和代谢紊乱；然而，6-PPDQ引起生殖毒性的代谢基础仍不清楚。叶酸的吸收和代谢对细胞至关重要，因为它们提供合成核苷酸和进行生殖所需的一碳单位。在这里，我们研究了叶酸吸收和代谢的紊乱是否会导致6-PPDQ引起的生殖损伤。在线虫中，0.1-10 μg/L的6-PPDQ降低了叶酸和四氢叶酸（THF）的含量，并减少了叶酸转运基因folt-1和二氢叶酸还原酶基因dhfr-1的表达。对folt-1和dhfr-1进行RNA干扰（RNAi）会加剧6-PPDQ引起的生殖能力下降、性腺发育异常、生殖细胞凋亡以及DNA损伤检查点的激活。此外，6-PPDQ抑制了叶酸受体基因folr-1的表达，而对folt-1和dhfr-1的RNA干扰进一步增强了6-PPDQ暴露所导致的folr-1表达抑制。对folr-1的RNA干扰加剧了6-PPDQ引起的生殖能力下降、生殖细胞凋亡、DNA损伤检查点的激活以及生殖细胞核激素受体（NHR）表达的改变，而叶酸补充则缓解了这些由6-PPDQ暴露引起的问题。因此，我们的结果表明，在环境相关浓度下，6-PPDQ会干扰叶酸的吸收和代谢，这种干扰是6-PPDQ引起生殖损伤的机制。

引言

基于氨基酸的抗氧化剂被广泛用作轮胎添加剂，以抑制氧化老化并延长轮胎使用寿命（Iqbal等人，2025年）。其中，6-PPD是一种高产量的抗氧化剂（Liang等人，2024年）。当释放到环境中后，6-PPD在臭氧和紫外线的作用下发生氧化转化，生成6-PPD醌（6-PPDQ）——一种具有更强环境持久性和毒性的物质（Hua和Wang，2023年；Yin等人，2025年）。6-PPDQ被确定为玄鲑急性死亡的主要原因（Tian等人，2021年）。后续的监测研究在全球多种环境基质中检测到了6-PPDQ，包括道路径流、市政废水、地表水、沉积物、土壤、灰尘和大气颗粒物，其浓度范围从ng/L到μg/L不等（Wan等人，2024年；González-Vázquez等人，2025年；Zhang等人，2025年）。作为一种典型的新兴污染物，6-PPDQ通过食物链传递和生物累积，在无脊椎动物、鱼类和哺乳动物体内积累（Wei等人，2024年；Ihenetu等人，2024年）。值得注意的是，最近的研究在人类生物样本中检测到了6-PPDQ，包括血液、尿液和脑脊液，表明其生态风险已经扩展到人类健康（Kazmi等人，2024年；Jiang等人，2024年）。

秀丽隐杆线虫由于对环境暴露的高度敏感性和完全测序的基因组，已成为环境毒理学中的经典模式生物（Wang，2020年；Parashar等人，2024年）。该模型能够评估在环境相关浓度（ERCs）下的污染物毒性（Queirós等人，2019年；Wang，2022年；Liu等人，2023年；Wan等人，2026年；Su等人，2026年）。6-PPDQ对线虫具有生物可利用性（Hua和Wang，2025a）。在这种模型中，6-PPDQ暴露会导致多种毒性效应，包括器官毒性（Hua和Wang，2025b；Wu等人，2026年；Wang等人，2026a，2026b）。其中，6-PPDQ通过诱导DNA损伤和激活生殖细胞凋亡来降低生殖能力（Hua等人，2023年；Liu等人，2025年）。同时，6-PPDQ还扰乱了代谢过程（Wang等人，2025a，2025b，2025c）。

叶酸对生殖至关重要，因为它支持核苷酸合成和甲基化反应，这些反应对于生殖细胞增殖、配子生成、早期胚胎发育和妊娠维持是必需的（Steegers-Theunissen等人，2013年；Laanpere等人，2010年；Korsmo等人，2021年）。叶酸进入细胞后，会在二氢叶酸还原酶（DHFR）的催化下被还原为二氢叶酸（DHF），然后再被还原为四氢叶酸（THF）（Laanpere等人，2010年）。最近的代谢组学证据表明，在Oncorhynchus mykiss暴露于环境相关浓度的6-PPDQ后，叶酸的一碳池受到最严重的影响，伴随着叶酸生物合成和嘌呤代谢的紊乱以及二氢叶酸含量的下降（Di等人，2024年）。叶酸介导的一碳代谢为从头合成胸苷酸和嘌呤提供了所需的一碳单位（Steegers-Theunissen等人，2013年）。因此，细胞内还原型叶酸池的减少会损害核苷酸合成，增加尿嘧啶的错误掺入和复制压力，并激活DNA损伤检查点（Laanpere等人，2010年；Korsmo等人，2021年）。然而，叶酸代谢紊乱与6-PPDQ引起的生殖毒性的关联仍不清楚。在C. elegans中，转运蛋白FOLT-1负责从细菌饮食中吸收叶酸（Balamurugan等人，2007年；Austin等人，2010年），而DHFR-1是维持细胞内还原型叶酸池的二氢叶酸还原酶（Annibal等人，2021年）（图1A）。叶酸受体FOLR-1充当叶酸的传感器（Chaudhari等人，2016年；Shrestha等人，2024年；Peesapati等人，2024年）。我们假设6-PPDQ暴露可能会干扰叶酸的吸收和代谢，从而导致生殖毒性。为了验证这一假设，本研究使用C. elegans作为动物模型，探讨6-PPDQ对叶酸吸收和代谢的影响，并阐明叶酸吸收和代谢紊乱与6-PPDQ引起的生殖毒性之间的分子机制。本研究提供了将叶酸稳态紊乱与6-PPDQ引起的DNA损伤和生殖细胞凋亡联系起来的机制证据。

章节片段

试剂

6-PPDQ来自Toronto Research Chemicals。储备溶液是通过将6-PPDQ溶解在二甲基亚砜（DMSO）中制备的，工作溶液则通过用M9缓冲液稀释获得。在所有暴露组中，DMSO的最终浓度保持在同一水平（< 0.1%），这对所评估的终点没有可检测的影响。

动物培养

线虫（野生型N2和DCL569）在含有Escherichia coli OP50的线虫生长培养基（NGM）平板上，在20 °C下进行培养

6-PPDQ通过抑制叶酸吸收和代谢降低THF含量

暴露于0.1-10 μg/L的6-PPDQ后，叶酸含量显著降低，且这种降低与浓度相关（图1B）。与叶酸含量的降低一致，6-PPDQ下调了folt-1的表达（图1C）。对folt-1进行RNA干扰导致叶酸含量显著下降（图1D）。此外，在暴露于0.1–10 μg/L的6-PPDQ后，THF含量和dhfr-1的表达也均降低（图1E和1F）。对dhfr-1进行RNA干扰也显著降低了THF含量（图1G）。

基于质谱的代谢组学

讨论

在C. elegans中，生殖毒性已被认为是6-PPDQ暴露的重要不良后果，但启动或放大这一过程的上游代谢事件仍了解不足。先前的研究表明，DNA损伤激活的生殖细胞凋亡和生殖细胞核激素受体响应是6-PPDQ生殖毒性的重要因素（Hua等人，2023年；Liu等人，2025年）。本研究通过确定叶酸稳态的紊乱进一步扩展了这一框架

结论

总体而言，6-PPDQ通过干扰叶酸的吸收和代谢破坏了C. elegans的叶酸稳态。对folt-1和dhfr-1进行RNA干扰使线虫容易受到6-PPDQ引起的生殖能力下降、性腺发育异常、生殖细胞凋亡和DNA损伤检查点激活的影响。此外，FOLR-1被确定为一种叶酸响应因子，它将叶酸状态的改变与6-PPDQ引起的生殖毒性联系起来。重要的是，叶酸补充可以抑制生殖毒性

CRediT作者贡献声明

王旭星：撰写——原始草案，实验研究。吴天树：监督，实验研究。王大勇：撰写——审阅与编辑，监督

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了江苏省的研究生研究与实践创新计划（编号：KYCX25_0537）以及博士生的科技创新能力提升计划（CXJH_SEU 2627）的支持。

王旭星|吴天树|王大勇中国南京东南大学医学院环境医学工程重点实验室