幼年大鼠 T-2 毒素诱导的神经毒性涉及海马氧化应激 - 内质网应激介导的神经元凋亡以及潜在的肠 - 脑轴参与

《Chemico-Biological Interactions》：T-2 toxin-induced neurotoxicity in juvenile rats involves hippocampal oxidative stress–ER stress-mediated neuronal apoptosis and potential gut–brain axis involvement

　　

摘要 T-2毒素是一种常见的镰刀菌来源真菌毒素，对畜牧生产和公共健康构成严重威胁，并通过破坏血脑屏障完整性和神经元功能表现出强效神经毒性。然而，其发育神经毒性的详细机制仍未得到充分阐明。本研究探讨了幼鼠在亚慢性T-2毒素暴露后的认知损伤及其相关的中枢和外周改变。雄性Wistar幼鼠口服暴露于T-2毒素28天。进行行为、组织病理学、微生物组、生物化学和分子分析，以评估认知功能、海马损伤、肠屏障完整性和肠道微生物改变。T-2毒素暴露显著损害了学习、记忆、识别能力和探索行为。暴露后观察到海马神经元丢失、尼氏体减少和内质网扩张。T-2毒素破坏了海马氧化还原稳态，表现为ROS和MDA水平升高以及SOD活性和GSH含量降低。这些变化伴随着PERK–eIF2α–ATF4–CHOP信号通路的激活和神经元凋亡增强。同时，T-2毒素改变了肠道微生物组成，诱导结肠损伤，降低ZO-1和Occludin表达，并引发全身性炎症失衡。综上所述，这些发现表明，T-2毒素引起的幼鼠认知损伤与海马氧化应激触发的内质网应激和神经元凋亡有关。同时存在的肠道菌群失调、肠屏障功能障碍和炎症改变提示肠–脑交互作用可能对发育期T-2毒素神经毒性有潜在贡献。这些发现通过将海马氧化应激–内质网应激信号与肠道微生物和肠道改变相结合，扩展了当前对发育期T-2毒素神经毒性的理解。

引言 T-2毒素是一种A型镰刀菌来源食源性真菌毒素，由于具有极强的理化稳定性，在食品加工过程中表现出极强的抗降解性，使其能够持续污染主食谷物（如小麦、玉米、燕麦）[1]。流行病学证据凸显了T-2毒素污染的全球普遍性：约20%的全球畜牧饲料样品T-2毒素检测呈阳性[2]；2021年在中国的一项调查显示，80%的饲料样品存在T-2毒素污染[3]；波兰近期的一项研究报告燕麦样品中T-2毒素水平从2.5到267.8 μg/kg（平均值：45.1 μg/kg）[4]。慢性膳食暴露于T-2毒素对人类和动物健康构成重大危害，对多个生物系统产生不利影响，包括造血系统、中枢神经系统（CNS）和淋巴系统[5]。

在T-2毒素的多种毒性表现中，其神经毒性因其对认知功能（如学习和记忆）的不利影响而特别值得关注——这些功能是维持最佳神经系统功能的关键。T-2毒素引发中枢神经系统损伤的一个先决条件是它能够穿透血脑屏障（BBB）——这是一个极其选择性的生理屏障，可保护组织免受外源性物质渗透[6]。调查已证实T-2毒素能够穿过BBB并在脑组织中蓄积，从而发挥直接神经毒性[7]。临床前证据进一步证实了这一现象：皮下注射T-2毒素可破坏大鼠海马神经元结构并引发神经退行性变[8]；小鼠模型中皮肤暴露于T-2毒素可提高脑部氧化应激生物标志物并引发明显的神经毒性症状，包括认知缺陷[9]；全身性T-2毒素暴露与动物模型中的神经元凋亡和空间记忆损害相关[5, 10]。虽然氧化应激被广泛认为是T-2毒素引发的神经元死亡的主要调节因子，但连接氧化应激与认知损伤的下游信号通路尚未完全阐明[9, 11]。

内质网（ER）应激是氧化应激诱导细胞死亡的已确立下游效应因子，尤其在神经组织中。ER调节蛋白质折叠、钙稳态和脂质生物合成过程，其功能障碍（即ER应激）源于内源性/外源性损伤（如氧化应激），导致内质网腔内错误折叠/未折叠蛋白质积累[12, 13]。为重建细胞稳态，细胞启动未折叠蛋白质反应（UPR），由GRP78（一种ER腔内HSP70家族蛋白）与其跨膜受体解离而启动[14]。然而，持续性或严重的ER应激会超越UPR的适应能力，转向促凋亡信号，主要通过PERK–eIF2α–ATF4–CHOP通路：CHOP上调调节Bcl-2家族蛋白，促进神经元凋亡并加剧组织损伤[15, 16]。值得注意的是，过量活性氧（ROS）破坏ER氧化还原稳态和蛋白质折叠效率，直接引发ER应激[17, 18, 19]；持续性ER应激进一步导致神经退行性和认知下降，GRP78（一个经典的ER应激标志物）在慢性神经毒性模型中上调[20]。尽管有了这些进展，"氧化应激–内质网应激–海马神经元凋亡"在T-2毒素引起的认知损伤中的作用仍未得到探索。

最近，越来越多的证据表明肠道菌群–肠–脑轴在环境毒物诱导的神经毒性和认知功能障碍发展中发挥重要作用[21]。肠道菌群可通过多条途径影响中枢神经系统功能，包括调节肠屏障完整性、免疫反应、微生物代谢物和神经活性信号分子。肠道微生物稳态的破坏与神经退行性疾病、神经炎症和认知损伤有关。值得注意的是，肠屏障功能障碍可能促进微生物产物和炎症介质的全身性转移，从而通过肠–脑通信途径贡献于脑损伤和神经功能障碍。

新兴研究表明真菌毒素可以改变肠道微生物组成并损害肠屏障功能[7, 22]。据报道，T-2毒素暴露可在实验动物中诱导肠道上皮损伤、破坏紧密连接蛋白并促进肠道炎症。此外，近期证据表明肠道菌群改变可能与T-2毒素引起的行为异常和认知缺陷相关[23]。然而，T-2毒素暴露后肠道菌群失调和肠屏障功能障碍是否与海马氧化应激、内质网应激、神经元凋亡和认知损伤相关，仍然在很大程度上不清楚，特别是在生命早期发育阶段。

当前关于T-2毒素诱导神经毒性的研究存在四个关键局限性：(1) 过度关注皮质损伤，而对海马——大脑中学习、记忆以及认知调节的关键区域——关注不足[24]。海马神经元的高密度和亚区特异性功能专业化使其成为阐明T-2毒素引发的神经毒性的关键靶点；(2) 过度依赖急性毒性模型，这些模型无法重现长期口服暴露途径——这是人类和动物摄入T-2毒素的主要方式[5, 25]；(3) 对发育神经毒性的探索不足。生命早期是中枢神经系统发育的关键时期，在此期间暴露于环境毒物会对神经行为结果产生持久影响[26]；(4) 对肠–脑轴潜在作用的调查稀少。尽管已有报道T-2毒素可改变肠道微生物组成和损害肠屏障功能，但这些肠道来源的扰动如何与海马氧化应激、ER应激、神经元凋亡和认知缺陷相关，仍然在很大程度上未得到探索[25]。

为解决这些关键缺口，我们使用2周龄雄性Wistar大鼠建立了一个4周亚慢性口服暴露模型——该年龄对应于人婴儿海马发育的关键时期。整合神经行为评估、肠道微生物分析、组织病理学评估和分子生物学方法，本研究旨在：(1) 确定亚慢性T-2毒素暴露是否诱导幼鼠认知损伤；(2) 探讨海马氧化应激和ER应激是否通过激活PERK–eIF2α–ATF4–CHOP通路导致神经元凋亡；(3) 评估肠道微生物组成和肠屏障完整性的改变，并探索其与T-2毒素诱导的神经毒性的潜在关联。这些发现将为T-2毒素诱导的发育神经毒性机制提供新见解，并增进我们对微生物群–肠–脑轴在此过程中潜在作用的理解。

节选片段 动物 所有实验程序、动物福利考虑和处理方案均获得中国疾病预防控制中心哈尔滨医科大学地方病控制预防研究所伦理委员会批准（伦理批准号：hrbmuecdc20230213）。本研究使用24只雄性Wistar大鼠（2周龄；体重32 ± 3 g）。这些大鼠来自由8周龄的4只雄性大鼠...建立的内部繁殖群。

T-2毒素对Wistar大鼠体重的影响 体重下降是鼠类健康状况恶化的一个重要标志。本研究中的大鼠接受了每周体重评估。结果表明，在T-2毒素给药前（第0周），各组实验大鼠在体重方面无统计学显著差异。然而，从第1周开始，毒素暴露组的体重增长速度相比对照组（CG）表现出显著降低（图1.A）。到第4周，累积增...

讨论 我们注意到，先前的研究主要采用腹腔注射或单次高剂量口服灌胃[5, 25]。虽然这些方法确保了精确的给药，但它们容易导致急性全身毒性，无法模拟T-2毒素通过长期食用受污染谷物暴露的自然途径，并且可能掩盖发育阶段特异性的毒性效应，使得难以区分急性器官损伤与发育抑制[36, 37]。为解决这...

结论 总之，本研究证明T-2毒素的发育期暴露可诱导认知功能障碍，并伴随海马和肠道中的协调改变。我们的发现支持氧化应激触发的PERK–eIF2α–ATF4–CHOP激活在海马神经元凋亡中的作用，这可能对观察到的认知损伤有所贡献。同时存在的肠道菌群失调、肠屏障功能障碍和全身性炎症改变提示...

CRediT作者贡献声明 李清文：调查、数据整理。孟凡爽：可视化、调查。邹宁：撰写——初稿、监督、资金获取、概念构思。崔思璐：监督、概念构思。周俊峰：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法学、形式分析。王宏宇：撰写——初稿。马佳怡：方法学

未引用的参考文献 50；51。

伦理声明 本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究获得中国疾病预防控制中心哈尔滨医科大学地方病控制预防研究所伦理委员会批准。（批准号：hrbmuecdc20230213）

利益冲突声明 作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报道的工作。

机构审查委员会声明 本动物实验方案获得中国疾病预防控制中心哈尔滨医科大学地方病控制中心伦理委员会授权（伦理编号：hrbmuecdc20230213）。

资助 本研究由国家自然科学基金资助（编号82373697和82404394）。

利益冲突声明 ? 作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报道的工作。

致谢 我们衷心感谢哈尔滨医科大学中央实验室提供实验平台。

周俊峰|马佳怡|王宏宇|孟凡爽|李清文|崔思璐|邹宁 中国疾病预防控制中心哈尔滨医科大学地方病控制中心，哈尔滨150081，中国