《Journal of Hazardous Materials》：HIF-1α-Associated Macrophage Metabolic Reprogramming Mediates Intestinal Injury Induced by Acrylamide and 5-Hydroxymethylfurfural Co-exposure
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摘要丙烯酰胺（AA）和 5-羟甲基糠醛（HMF）是加工产生的污染物，经常共同存在于环境和膳食暴露中，然而它们共同暴露的健康影响仍未得到充分理解。在这里，我们表明 AA 和 HMF 的共同暴露会在小鼠中诱导十二指肠损伤，而单独任何一种毒素均不会造成显著损害。使用氯膦酸盐脂质体耗
摘要
丙烯酰胺（AA）和 5-羟甲基糠醛（HMF）是加工产生的污染物，经常共同存在于环境和膳食暴露中，然而它们共同暴露的健康影响仍未得到充分理解。在这里，我们表明 AA 和 HMF 的共同暴露会在小鼠中诱导十二指肠损伤，而单独任何一种毒素均不会造成显著损害。使用氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞可显著减轻这种病理变化，确定了巨噬细胞是肠道损伤的重要介导者。共同暴露促进巨噬细胞向促炎表型极化。值得注意的是，肠道上皮细胞直接暴露于 AA 和 HMF 产生的细胞毒性有限。相反，来自 AA+HMF 处理过的巨噬细胞的条件培养基会损害肠道上皮细胞和小鼠肠道类器官的上皮活力和屏障完整性。这些发现表明，巨噬细胞介导的炎症反应，而不是直接的上皮毒性，对 AA+HMF 诱导的肠道损伤有重大贡献。在机制上，AA 和 HMF 的共同暴露触发了巨噬细胞中的线粒体功能障碍和线粒体活性氧产生增加，伴随着增强的糖酵解和低氧诱导因子 -1α（HIF-1α）激活。HIF-1α 的药理抑制或基因沉默减轻了代谢和炎症反应，而抑制 mtROS 或 iNOS 减少了巨噬细胞激活。综上所述，这些发现揭示了 AA 和 HMF 共同暴露诱导肠道损伤背后的免疫介导机制，并强调了巨噬细胞反应是污染物混合物毒性的决定因素。
引言
丙烯酰胺（AA, C3H5NO）和 5-羟甲基糠醛（HMF, C6H6O3）是典型的加工产生的污染物，在各种食物中检测到，包括面包和咖啡 [1]。重要的是，AA 和 HMF 可以在热加工过程中同时形成 [2]，在某些烘焙条件下报告的含量 AA 达到 1454?μg/kg，HMF 达到 350.9?mg/kg [3]。以前的研究主要考察了 AA 或 HMF 单独的肠道毒性 [4]。据报道，AA 会诱导氧化应激、细胞凋亡和屏障功能障碍，而 HMF 暴露与氧化和炎症反应有关 [5]，[6]，[7]。最近的研究强调了在健康风险评估中考虑污染物共同暴露的重要性（ [8]，[9]，[40]，[41]）。因此，AA 和 HMF 共同暴露的肠道影响仍未得到充分理解。
肠道屏障与肠道免疫系统固有地联系在一起，它们共同维持肠道的健康和稳定性 [10]。在免疫细胞中，巨噬细胞通过表型极化在肠道炎症中发挥核心作用 [11]。促炎巨噬细胞通过释放促炎因子（包括肿瘤坏死因子 α（TNF-α）和白细胞介素 -1β（IL-1β））驱动炎症性肠病等病理过程，破坏肠道屏障完整性 [12]。值得注意的是，巨噬细胞激活与代谢重编程密切相关。促炎巨噬细胞优先激活糖酵解途径并减少氧化磷酸化，允许快速代谢适应以支持炎症功能和生物合成需求（[13]，[14]）。因此，代谢调节是巨噬细胞炎症激活的重要组成部分。
低氧诱导因子 -1α（HIF-1α）是将细胞代谢与巨噬细胞炎症激活联系起来的重要调节因子。虽然它经典地在低氧条件下稳定，但 HIF-1α 也可以在常氧炎症和代谢应激下激活 [15]。Cheng 等人表明，mTOR-HIF-1α 通路的激活促进有氧糖酵解，并建立了髓系细胞训练免疫的代谢基础 [16]。最近，Dang 等人证明 HIF-1α 稳定与糖酵解和巨噬细胞的促炎表型密切相关，进一步支持了其在耦合代谢状态与炎症功能中的作用 [17]。HIF-1α 在肠道炎症中的重要性也在实验性结肠炎中得到证实，其中髓系 HIF-1α 活性关键影响炎症疾病严重程度 [18]。总之，这些发现支持 HIF-1α 是巨噬细胞代谢重编程和炎症反应之间的重要联系。然而，AA 和 HMF 等环境污染物是否可以通过 HIF-1α 相关的巨噬细胞代谢失调诱导肠道损伤尚不清楚。
鉴于巨噬细胞在肠道炎症中的重要作用以及 HIF-1α 在其代谢重编程中的中心地位，我们假设 AA 和 HMF 共同暴露可能通过 HIF-1α 介导的巨噬细胞代谢失调破坏肠道稳态。在这里，我们研究了共同暴露于 AA 和 HMF 对肠道在体内和体外的影响，特别是对肠道巨噬细胞的影响。我们进一步探索了驱动其代谢重编程和随后上皮损伤的潜在机制。
章节片段
AA 和 HMF 诱导肠道病理、氧化应激和屏障损伤
AA 和 HMF 是加工诱导的污染物，经常共同存在于热加工食品中，包括烘焙面包和油炸产品，比例通常约为 1:10 [19]。为了评估它们的毒性效应，小鼠被口服灌胃给予据报道的膳食暴露比例的 AA 和 HMF，实验计划如图 1A所示。与正常组相比，单独 AA 或 HMF 均未显著影响体重变化，而联合治疗降低了体重
讨论
在测试剂量下，单独 AA 或 HMF 均未显著改变巨噬细胞极化或肠道完整性，而它们的共同暴露诱导了明显的肠道损伤，伴有巨噬细胞激活。选择的剂量维持了热加工食品中观察到的 AA 和 HMF 共同暴露比例，同时允许在受控实验条件下产生可测量的肠道反应 [19]。因此，它们的联合毒性可能无法从单一化合物暴露中充分预测
动物
所有动物实验均经南昌大学实验动物管理与使用委员会批准（批准代码：NCULAE-20250211002）。6 周龄雄性 C57BL/6 野生型（WT）小鼠购自金斯生物（南京）有限公司（中国南京）。繁殖在南昌大学动物中心进行，条件为无特定病原体（SPF）。小鼠饲养在环境温度 24- 26?°C，湿度控制（45–65%）的房间内，光照 - 黑暗循环为 12/12?小时。小鼠饲养
伦理批准
所有动物实验方案均经南昌大学伦理委员会批准，并遵循《实验动物健康使用国家指南》进行（批准代码：NCULAE-20250211002）。
利益冲突
作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文报道的工作。
致谢
这项工作得到了国家重点研发计划（2024YFF1106100）、国家自然科学基金（32572485）和江西省中央引导地方科技发展专项资金（20252ZDD020002）的支持。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文报道的工作。
卢嘉文 | 沈阳春 | 周兴涛 | 王雨婷 | 叶慧 | 余强 | 谢建华 | 陈艺
南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌 330047，中华人民共和国
