啶虫脒对人类小胶质细胞系HMC3的毒性效应

《NeuroToxicology》：Toxic effects of Acetamiprid on the human microglial cell line HMC3

　　

摘要

乙酰甲氨基吡啶（乙酰丙胺，ACE）是一种第二代新烟碱类杀虫剂，是全球使用最广泛的农药之一。最近，由于潜在的哺乳动物神经毒性以及其作为代谢扰乱物质（MDC）的作用，新烟碱类杀虫剂受到了越来越多的关注。最新证据表明，ACE可损害小胶质细胞（中枢神经系统（CNS）的常驻巨噬细胞）的功能，扰乱脑部稳态、神经炎症平衡和神经发育。本研究旨在探究在基础状态和脂多糖（LPS）诱导的炎症条件下，环境相关剂量下的ACE对人体小胶质细胞克隆3（HMC3）的直接毒性效应。此外，我们评估了原儿茶酸（PCA）的潜在保护作用，这是一种在可食用植物中发现的具有生物活性的酚类化合物，也是花青素和其他黄酮类化合物的一种主要次级代谢产物。由于其强效的抗氧化特性和穿越血脑屏障（BBB）的能力，PCA被认为是一种有前景的神经保护候选物。我们的研究结果表明，即使在低浓度（150?nM）下，ACE暴露也会改变人体小胶质细胞的生理特性，损害细胞活力和功能稳态。这些结果凸显了ACE相关的显著神经毒性风险。值得注意的是，尽管PCA具有已确立的抗炎特性，但在我们的实验条件下，它未能逆转ACE引起的损伤。

引言

新烟碱类杀虫剂是全球使用最广泛的杀虫剂类别，被广泛应用于农业、温室管理和家庭害虫防治（Mota等人，2024）。这些化合物作为烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）的激动剂发挥作用，由于其电负性药效基团（硝基或氰基）能与昆虫nAChR的特定结合位点相互作用，因此对无脊椎动物受体表现出更高的亲和力（Terajima等人，2026）。

尽管最初被认为对脊椎动物风险极小，但越来越多的证据挑战了这一假设。由于其环境持久性，新烟碱类杀虫剂常见于饮用水和食物中（Ospina等人，2019，Li等人，2025），并日益在人体生物基质（包括血清、全血和尿液）中被检测到（Lin等人，2026）。此外，其穿透胎盘和血脑屏障（BBB）的能力——已在人体脑脊液、母乳和羊水中被检测到——可以直接使发育中的大脑暴露于其不良影响（Laubscher等人，2022，Li等人，2022，Zhang等人，2023，Chen等人，2020，Gomez等人，2020）。Sass等人（2024）对五种新烟碱类杀虫剂（乙酰丙胺、吡虫啉、噻虫胺、噻虫嗪和噻虫啉）的发育神经毒性（DNT）研究的回顾性分析，强调了某些神经发育指标的临床相关性，例如在低剂量下观察到的脑形态测量值降低和惊吓反应改变（例如，ACE的2.5?mg/kg/天），这些指标在毒理学评估中日益受到重视。最新研究证实，包括ACE在内的新烟碱类杀虫剂会干扰海马和新皮层的神经发生，对发育中的哺乳动物大脑产生类似尼古丁的作用（Nakayama等人，2019，Kagawa和Nagao，2018；Costas-Ferreira等人，2021）。在关键的围产期和新生儿期暴露于此类物质，可能会诱发持续的行为改变，这很可能与神经递质波动和小胶质细胞失调有关（Hirai等人，2022和2024；Nakayama等人，2019；Namba等人，2024；Lee等人，2025a，Lee等人，2025b），小胶质细胞是维持大脑发育、突触可塑性和神经炎症防御的主要常驻脑巨噬细胞。基于不断演变的安全性数据，欧洲食品安全局（EFSA）最近的监管行动导致对新烟碱类杀虫剂的室外使用禁令，并将ACE的可接受每日摄入量（ADI）大幅收紧至0.005?mg/kg（EFSA等人，2024）。

尽管已有报道ACE暴露会导致啮齿动物的神经毒性以及小胶质细胞的改变，并且在发育期暴露动物的分离小胶质细胞中也观察到了变化（Nakayama等人，2019，Lee等人，2025b），但关于人体小胶质细胞的直接证据仍缺乏。我们的研究通过探究在环境相关水平下ACE对HMC3人体小胶质细胞系的直接影响，弥补了这一知识空白。HMC3细胞系是一个已确立的人体小胶质细胞体外模型，保留了关键的免疫功能，是研究小胶质细胞反应和筛选潜在神经毒性/神经保护剂可靠的工具（Dello Russo等人，2018）。我们在基础稳态条件下和LPS诱导的炎症条件下，表征了细胞对小胶质细胞对ACE的细胞毒性和功能性反应。此外，我们评估了原儿茶酸（PCA）的保护潜力，这是膳食花青素的主要生物活性酚类代谢产物，以高生物利用度和穿越血脑屏障的能力著称。PCA的抗炎和抗氧化特性已得到广泛研究，其已被证明能调节关键的炎症信号通路和氧化应激相关通路，如NF-κB和Nrf2/ARE（Varì等人，2011，Semaming等人，2015，Ormazabal等人，2018，Scazzocchio等人，2021，Xi等人，2021，Krzysztoforska等人，2019）。通过研究其对ACE暴露HMC3人体小胶质细胞的影响，本研究旨在评估PCA调节农药诱导的细胞反应的潜力，其更广泛的目标是识别针对环境污染物神经毒性影响的营养干预措施。

章节摘要

细胞培养与试剂

人体小胶质细胞系HMC3购自美国典型培养物保藏中心（ATCC，目录号ATCC? CRL-3304，批号700055453），并在T75培养瓶中以低糖（约5.5?mM）、无酚红的杜氏改良培养基（DMEM）中培养，补充10%热灭活的胎牛血清（FBS；Gibco，ThermoFisher Scientific, Inc.）、2?mM谷氨酰胺和100 U/ml青霉素/链霉素，在37°C、5% CO₂的加湿条件下培养。HMC3细胞在第5-20代（p）

ACE诱导的人体HMC3小胶质细胞剂量和时间依赖性代谢改变及细胞毒性分析

通过剂量-反应MTT检测进行的初步筛选（图1A）表明，ACE（1-1000?nM）在24?小时内并未急性破坏代谢稳态或调节对促炎刺激物LPS（0.1?μM）的反应。然而，连续72?小时（每24?小时用新鲜培养基补充ACE）的重复暴露导致显著的剂量和时间依赖性细胞毒性（图1B）。为了分离ACE的固有长期效应，这些48-72?小时的评估仅限于基础条件，从而避免

讨论

包括ACE在内的新烟碱类杀虫剂在农业中被广泛使用，引发了担忧，因为它们持久存在于环境中，并可能主要通过饮食使人类暴露（Chen等人，2014）。美国食品药品监督管理局（FDA）报告在食品和水中检测到了新烟碱类杀虫剂，包括吡虫啉和ACE，而欧洲食品安全局（EFSA）2024年的评估确认了对ACE残留物和代谢物的担忧（Craddock等人，2019，Hernandez-Jerez等人，2024）。与此一致，2015-2021年全国健康和营养检查调查（NHANES）在近半数受

结论

综上所述，我们的研究表明，ACE诱导了一种失调的小胶质细胞激活表型，其特征是早期细胞应激、细胞因子反应性改变和功能性可塑性受损。这种失调可能会损害小胶质细胞执行与情境相符的免疫和稳态功能的能力，尤其是在与环境和工作场所相关的慢性低剂量暴露情况下。这强调了评估神经毒性风险的必要性

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

未被引用的参考文献

(Hirai等人，2024，Kimura-Kuroda等人，2016，Zanchi等人，2026)

亮点

• •
  ACE改变HMC3人体小胶质细胞的活力和功能稳态。
• •
  ACE激活PPARγ的核转位
• •
  ACE独立于PPARγ核转位，调节IL-6和吞噬作用。
• •
  原儿茶酸对ACE在HMC3细胞中引起的改变限制作用微弱。

资金支持

作者声明在本工作和/或其出版过程中获得了资金支持。导致这些结果的研究已获得欧盟——下一代欧盟（NextGenerationEU）通过意大利大学与研究部在PNRR - M4C2-I1.3项目PE_00000019"HEAL ITALIA"项下的资金支持。

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在本工作准备过程中，作者使用了Gemini以提高几个章节的英语表达。使用此工具后，作者对内容进行了审查和编辑，并承担了已发表文章内容的全部责任。

利益冲突声明

X 作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。Roberta De Simone和Massimo D'Archivio报告，获得了欧盟——下一代欧盟通过意大利大学与研究部提供的资金支持。所有作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系

M.A. Ajmone-Cat | R. Alessi | M.G. Trupia | B. D'Angelantonio | S. Cecchetti | A. Tammaro | R. Varì | B. Scazzocchio | M. D'Archivio | R. De Simone