2,4-二氯苯氧乙酸 (2,4-D) 增强钒诱导的帕金森样神经退行性变：来自线粒体生物能量功能障碍及多巴胺能和 GABA 能神经退行性变的证据

《NeuroToxicology》：2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) Potentiates Vanadium-Induced Parkinsonian Neurodegeneration: Evidence from Mitochondrial Bioenergetic Dysfunction and Dopaminergic and GABAergic Neurodegeneration.

　　

• 2,4-D 增强秀丽隐杆线虫中钒诱导的帕金森样表型。
• 单独使用 2,4-D 不会在秀丽隐杆线虫中引起明显的帕金森样神经退行性病变。
• 2,4-D 与钒联合暴露加重神经退行性病变和 α-突触核蛋白聚集。
• 2,4-D 与钒协同损害线粒体复合体 I 和 II 的氧化磷酸化及电子传递链能力。
• Bliss 分析表明在帕金森相关的关键终点上存在协同相互作用。

引言

钒（V）是一种普遍存在的微量元素，具有广泛的工业应用。化学上，钒在自然环境中主要以 +3、+4 和 +5 的氧化态存在，其中 +4 和 +5 最为稳定，而 +5 氧化态形式的环境持久性最强（Chen et al., 2021, Rehder, 2023）。钒在钢铁和合金生产、电化学储能中发挥着关键作用，并作为催化剂广泛用于各种化学生产过程（Du et al., 2025, Fatola et al., 2019）。随着钒作为先进材料和能源技术中的重要资源商品需求激增，它已被列为日益重要的战略性资源（Gao et al., 2022a, Salguero et al., 2025）。这加剧了钒的开采，2002 年至 2024 年间显著增长了 72.41%，从约 58,000 吨增加到 100,000 公吨（美国内政部，2025）。钒的开采、工业应用和人为活动，特别是化石燃料和有机物的燃烧，已提高了钒在生物和非生物生态系统中的浓度。土壤中钒的浓度范围为 2 至 310 mg/kg（Chen et al., 2021, Braz et al., 2022），在靠近钒矿开采活动的区域已被记录高达 4793.6 mg/kg（Cao et al., 2017）。尽管钒不是植物的必需微量元素，但其生物蓄积已有充分记载，某些作物如绿豆和高草被认为是钒的超富集植物（Chen et al., 2021）。此外，玉米、小麦、水稻、大豆和番茄等常见作物对钒具有耐受性，在污染条件下其地上部分可分别蓄积高达 80、648.45、346.5、67.08 和 4.04 μg/g（Chen et al., 2021）。钒的广泛分布及其蓄积模式构成了显著的生态和人类暴露风险。

2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）是一种广泛使用的合成生长素类除草剂，用于选择性防除阔叶杂草（Boon & Burns, 2024; Y. Song, 2014）。化学上，2,4-D 是一种弱酸（pKa ≈ 2.73），中等脂溶性（log K?w ≈ 2.8），其水溶性适中至较高，取决于工业制剂形式（酸、盐或酯）（美国国家生物技术信息中心，2026）。2,4-D 的双子叶特异性和极性特征使其成为陆地和水生杂草管理的重要除草剂（Y. Song, 2014; Boon & Burns, 2024），也使 2,4-D 成为全球使用最广泛的选择性除草剂之一（Boon and Burns, 2024, Fortune business insights, 2025）。因此，2,4-D 已在各种环境介质中被检测到（Boon & Burns, 2024），包括地表水（Assun??o et al., 2025, Da Silva et al., 2022）和饮用水系统，强调了其环境普遍性及人类暴露风险。2,4-D 已在人类尿样中被检测到，特别是在职业暴露人群中（Alexander et al., 2007, Boon and Burns, 2024, Da Silva et al., 2022）。已记录到喷雾设备清洗后 2,4-D 的可能职业暴露浓度高达 3 mg/L（Osborne et al., 2015）。土壤中 2,4-D 的浓度因地域而异。例如，在巴西，2,4-D 的平均浓度为 92 μg/kg（Baumgartner et al., 2017），在某些农田中检测到的浓度在 847 μg/kg 至 1145 μg/kg 之间（Caldas et al., 2025; Goulart et al., 2023），而在阿根廷，其范围为 31.12 至 38.52 μg/kg（Bernasconi et al., 2021）。在美国，2,4-D 被 FDA 认定为谷物中常见的酸性除草剂之一，在大豆中的含量尤其超过 0.02 ppm 的推荐耐受水平至 0.127 ppm（美国食品药品监督管理局，2017）。

钒和 2,4-D 均具有神经毒性效应；然而，它们的神经毒性特征不同。值得注意的是，Li 等人（2013）进行的一项横断面研究揭示，中国四川一家钢铁厂中接触钒的工人存在显著的行为障碍，神经功能缺陷与其职业暴露持续时间成正比。类似地，2,4-D 与神经系统疾病的发生有强烈关联，特别是在职业暴露人群中，发病机制范围从中枢和外周神经脱髓鞘、多发性神经病到创伤后应激综合征和帕金森病等疾病状态（Burns and Swaen, 2012, Garabrant and Philbert, 2002）。重要的是，2,4-D 以未代谢形式排出体外，半衰期为 17.7 小时，这限制了其生物蓄积和持续性毒性（Garabrant & Philbert, 2002）；然而，婴儿对 2,4-D 的毒性效应更为敏感（Achurefe et al., 2026）。动物研究表明，钒可在组织中生物蓄积并穿越血脑屏障诱导神经退行性病变（Folarin et al., 2017）。从机制上看，钒诱导的神经毒性被归因于氧化应激、神经炎症、线粒体功能障碍、凋亡失调、轴突和髓鞘的结构损伤以及胶质细胞损伤（Azeez et al., 2016, Fatola et al., 2019, Stachowicz, 2025）。相比之下，2,4-D 的神经毒性特征与高剂量相关，显著高于其环境相关浓度（Stürtz et al., 2008）。在此条件下，2,4-D 已被证明可诱导运动功能障碍、共济失调和母性行为改变（Stürtz et al., 2008）。此外，据报道发育期暴露于 2,4-D 可在 Wistar 大鼠和小鱼中诱导低髓鞘化和改变单胺能神经递质系统（Konjuh et al., 2008; Gaaied et al., 2020）。

帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，其特征是黑质多巴胺能神经元的进行性退变，导致运动活动障碍（Amaral et al., 2025）。帕金森病相关的运动障碍以震颤、迟缓、僵硬和姿势不稳为特征（Amaral et al., 2025）。帕金森病理的一个关键特征是多巴胺能神经元中存在胞质内路易小体，主要由聚集的错误折叠 α-突触核蛋白组成（Amaral et al., 2025）。证据表明环境污染物（包括 2,4-D 和钒）与帕金森症之间可能存在关联。具体而言，职业暴露于 2,4-D 的人群的流行病学数据显示比值比在 0.8 至 2.6 之间，表明 2,4-D 暴露与帕金森症之间可能存在关联（Amaral et al., 2025, Firestone et al., 2010, Goldman, 2014, Kamel et al., 2006, Tanner et al., 2009）。此外，钒暴露可在儿茶酚胺能 a-分化（CAD）细胞中触发帕金森样特征，并加剧果蝇中的多巴胺能神经退行性病变（Ohiomokhare et al., 2020）。确实，没有直接的流行病学证据记录人类同时暴露于钒和 2,4-D，然而，这两种化学物质已被单独报道为地表水、饮用水、农业土壤、城市土壤和粮食作物中的污染物（Assun??o et al., 2025, Braz et al., 2022, Da Silva et al., 2022, Liu et al., 2022, Chen et al., 2021, Sun et al., 2020）。这两种化学物质在这些共有介质中的记录性出现为人类联合暴露提供了可行的基础。鉴于单独使用这两种化学物质均与潜在的神经毒性结果相关，评估它们对神经发育终点的综合影响十分重要。在本研究中，我们评估了 2,4-D 和钒对秀丽隐杆线虫特定帕金森样终点的联合效应。我们在此研究中使用秀丽隐杆线虫模型是因为其保守的多巴胺能系统、基因定义的品系以及可测量的生物化学和运动终点。然而，钒的形态和线虫实际吸收的钒和 2,4-D 浓度未直接表征；因此，本研究中使用的浓度应被解释为名义浓度而非确认的内剂量。

章节摘要

菌株维护、试剂和化学品

本研究使用的秀丽隐杆线虫品系包括：Bristol N2（野生型）；EG1285（oxIs12 [unc-47p::GFP + lin-15(+)]）；BY200 [Pdat-1∷GFP]；CF1553（muIs84 [(pAD76) sod-3p::GFP + rol-6(su1006)]）和 OW 13（pkIs2386 [unc-54p::alpha-synuclein::YFP + unc-119(+)]），均购自美国明尼苏达大学秀丽隐杆线虫遗传中心（CGC）。钒以硫酸氧钒水合物（VOSO4 · xH2O; CAS No: 123334-20-3, 97%）形式获得；2,4-二氯苯氧乙酸

钒和 2,4-D 暴露对线虫存活和寿命的影响

以报道的环境平均浓度 0.98 mM（Chen et al., 2021）对 L1 幼虫进行钒的预暴露实验，结果显示暴露 72 小时后出现显著死亡率（补充图 S1a）。为了确定适当的亚致死钒浓度范围，进行了致死分析，浓度-反应曲线显示 LC50 为 0.6745 mM（补充图 S1a）。相比之下，2,4-D 的 LC50 显著较高，为 0.8225 mM（补充图 S1b）。考虑到

讨论

对关键地球元素需求的不断增加和农业除草剂的广泛应用增加了金属和农药同时暴露的可能性。在本研究中，我们关注了钒和 2,4-D 在秀丽隐杆线虫中单独和联合使用时的潜在发育神经毒性。这两种化学物质已分别被报道为地表水、饮用水、农业土壤、城市土壤和粮食作物中的污染物（Assun??o et al., 2025,

结论和研究局限性

我们的研究表明，钒和 2,4-D 除草剂联合暴露在秀丽隐杆线虫中加剧了神经毒性结果，尽管经 72 小时处理后对线虫存活未产生显著影响。我们通常观察到，浓度为 13.57 μM 的 2,4-D 不会引起显著的神经行为学结局；然而，它损害了复合体 I 相关的氧化磷酸化。单独使用钒则诱导了显著的神经行为障碍、多巴胺能神经退行性病变、促进 α-突触核蛋白聚集、诱导氧化

CRediT 作者贡献声明

Aline Franzen da Silva：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、可视化、方法学、调查、概念化。Samili Wagner da Silva：撰写 – 审阅与编辑、可视化、方法学。Adesina A. Babalola：撰写 – 原稿、方法学、调查、形式分析、数据整理、概念化。Antunes Soares Félix Alexandre：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、可视化、监督、资源、项目管理。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者对巴西国家技术与发展委员会（CNPq）、高等教育人员提升委员会（CAPES）以及圣玛丽亚联邦大学为本研究提供必要支持表示深切感激。Adesina A. Babalola、Aline Franzen da Silva 和 Samili Wagner da Silva 为 CAPES 奖学金获得者。资助方未参与概念化、研究设计、实验、

Adesina A. Babalola | Aline Franzen da Silva | Samili Wagner da Silva | Marcell Vallandro Soares | Michael Aschner | Felix Alexandre Antunes Soares