商业草甘膦和麦草畏基除草剂制剂单独及联合暴露对人肠道Caco-2细胞的细胞毒性、氧化应激和细胞死亡的影响

《Journal of Xenobiotics》：Individual and Combined Effects of Commercial Glyphosate and Dicamba-Based Herbicide Formulations on Cytotoxicity, Oxidative Stress and Cell Death on Human Intestinal Caco-2 Cells

　　

农药对食品和环境基质的污染构成对人类健康的潜在风险。本研究调查了商业草甘膦（glyphosate）和麦草畏（dicamba）基除草剂制剂单独及联合暴露对人肠道上皮Caco-2细胞的毒理学效应。研究人员将细胞暴露于0.1–10,000 mg/L的浓度范围24、48和72小时，以测定半数抑制浓度（IC₅₀）。后续试验采用基于最低IC₅₀值及美国环境保护署（Environmental Protection Agency, EPA）饮用水限值设定的浓度。暴露48小时后，最高测试浓度的草甘膦以及草甘膦与麦草畏的联合暴露诱导了显著的细胞毒性、氧化应激参数调节和抗氧化防御改变，并伴随凋亡和坏死率升高。单独暴露于麦草畏同样导致凋亡和坏死细胞群增加。在大多数测试浓度下观察到N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性降低，提示炎症反应能力受损。该研究确定了Caco-2细胞中通过细胞毒性、氧化应激改变、抗氧化反应、炎症、凋亡和坏死损害细胞稳态的变化。未来研究炎症通路、遗传损伤以及采用体内（in vivo）和计算机模拟（in silico）模型的试验，对于阐明暴露于这些除草剂所致细胞损伤的机制具有重要意义。

**商业草甘膦与麦草畏制剂对Caco-2细胞的毒性效应研究解读**

农药的大规模使用在保障农业产量的同时，也导致其在食物、水和土壤中残留累积，对人类健康构成潜在威胁。巴西作为全球最大的大豆和甘蔗生产国及主要玉米产地，其农药消费量巨大，其中草甘膦（glyphosate）单一品种的消费量即占全国农药用量的约58%。随着部分杂草对草甘膦产生抗性，麦草畏（dicamba）作为替代或配伍品种的使用日益增加。然而，现行监管框架通常仅针对单一化学物质设定健康基准值，如美国环境保护署（EPA）制定的饮用水当量水平（DWEL）为草甘膦70 mg/L、麦草畏18 mg/L，对二者联合暴露的健康风险缺乏明确评估。胃肠道是经污染食物和水摄入外源物质的首要屏障，而关于这两种商业除草剂制剂联合暴露对人肠道细胞毒性效应的研究尚属空白。为此，研究人员选用人结肠腺癌细胞系Caco-2作为人肠道上皮体外模型，系统评估了商业草甘膦和麦草畏制剂单独及联合暴露下的细胞毒性、氧化应激、炎症反应、凋亡与坏死以及肠道通透性变化。该研究发表于《Journal of Xenobiotics》。

研究发现，草甘膦在72小时暴露下的半数抑制浓度（IC₅₀）为124.1 mg/L，麦草畏为1123 mg/L，表明草甘膦对人肠道上皮细胞的固有细胞毒性显著高于麦草畏（约9倍）。在基于IC₅₀与DWEL值设定的浓度下进行48小时暴露，最高浓度草甘膦（G3，124 mg/L）及草甘膦与麦草畏最高浓度联合组（M3，124 + 1123 mg/L）均显著降低细胞代谢活性；麦草畏单独暴露在最低浓度（D1，18 mg/L）时反而使细胞毒性低于对照组。氧化应激分析显示，仅G3组显著诱导抗氧化酶活性升高，包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和谷胱甘肽S-转移酶（GST），同时还原型谷胱甘肽（GSH）浓度与脂质过氧化（LPO）水平同步上升，提示该浓度下抗氧化系统虽被激活但不足以完全防止氧化损伤。炎症标志物方面，各处理组髓过氧化物酶（MPO）活性与对照组无显著差异，而D3（1123 mg/L麦草畏）、M1（70 + 18 mg/L联合）和M3组N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性显著降低，反映溶酶体功能受损与炎症反应能力减弱。凋亡与坏死分析发现，G1（70 mg/L草甘膦）和D3组早期凋亡细胞比例增加，D3组晚期凋亡也显著上升；除G3和D3外，所有处理组均检测到坏死细胞比例升高，表明坏死是多数暴露条件下细胞死亡的主要方式。肠道通透性实验在DWEL浓度和1/5 IC₅₀浓度下未观察到明显改变。主坐标分析（PCoA）进一步显示，G3和D3处理组与对照组在多元空间中明显分离，支持这两个浓度对细胞稳态的显著干扰。

本研究的核心学术价值在于首次报道了商业草甘膦与麦草畏制剂联合暴露对人肠道上皮Caco-2细胞的毒性特征。与既往关于单一活性成分的研究相比，本工作采用市售配方，更贴近实际农业暴露场景；同时揭示在EPA设定安全参考浓度下仍可观察到NAG降低和凋亡诱导，提示现有饮用水健康基准值对人体肠道细胞生物学效应的影响需谨慎审视。研究同时受限于体外模型无法完全模拟人肠道复杂微环境、48小时短期暴露和商业制剂中佐剂成分无法排除活性成分单独作用等因素。未来需深入探讨炎症通路、遗传损伤以及利用动物模型和计算机模拟（in silico）手段，以厘清这些除草剂造成细胞损伤的具体分子机制并对联合暴露的肠道健康风险进行更全面评估。