基于代谢组学揭示噻虫胺通过AMPK信号通路诱导小鼠肝脏脂代谢紊乱的机制

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Metabolomic insights into clothianidin induced disorders of hepatic lipid metabolism in mice via AMPK signaling pathway

　　本研究针对新烟碱类杀虫剂噻虫胺(CLO)的肝毒性机制尚不明确的问题，通过小鼠模型开展肝脏脂代谢研究。研究发现CLO暴露通过引起能量缺乏激活AMPK信号通路，下调脂质合成关键蛋白(FASN、ACC)，上调脂质降解相关蛋白(PPARα、CPT1/2)，最终导致肝脏脂代谢紊乱。该研究为评估CLO的毒理学效应提供了新理论依据。

　　

在农业生产中，新烟碱类杀虫剂因其高效、低毒的特点被广泛应用，其中噻虫胺(clothianidin, CLO)作为第二代新烟碱类杀虫剂，通过特异性激活昆虫的烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)而发挥杀虫作用。然而，这些农药在环境中的残留问题日益凸显，研究表明仅有约5%的有效成分作用于目标害虫，超过90%最终进入土壤环境。由于CLO具有高水溶性和弱土壤吸附性，其残留成分可通过淋溶、径流等途径污染地下水和地表水系统，进而通过食物链在生物体内富集。令人担忧的是，多项研究已在人类尿液中频繁检测到新烟碱类农药残留，这意味着人类可能通过饮用水、食物等途径长期低剂量暴露于这类化合物。

尽管CLO对昆虫具有高度选择性，但对非靶标生物尤其是哺乳动物的潜在危害不容忽视。已有研究表明，低剂量CLO暴露可引起小鼠行为异常，并表现出多系统毒性效应，包括生殖毒性、神经毒性和肝毒性。特别值得注意的是，CLO可能干扰脂代谢稳态，但其对肝脏脂代谢的具体影响机制尚不清楚。肝脏作为哺乳动物的代谢中心，在维持脂质、葡萄糖水平和能量代谢平衡中起着关键作用。当肝脏受损时，其内部的代谢通路会受到影响，导致代谢失衡。

为解决这一科学问题，蚌埠医学院肿瘤演化与智能诊疗安徽省重点实验室的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了最新研究成果。该研究以雄性C57小鼠为模型，通过连续14天灌胃给予不同剂量CLO(0、4、16和64 mg/kg/天)，综合运用非靶向代谢组学、RT-qPCR、免疫组化和Western blot等技术，深入探究了CLO对肝脏脂代谢的影响及其分子机制。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：建立CLO暴露的小鼠模型并进行肝组织病理学分析（H&E染色、Masson染色）；通过生化检测分析肝脏甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)含量及肝功能指标（ALT、AST）活性；利用油红O染色评估肝脏脂质积累情况；采用UPLC-MS/MS技术进行肝脏和血清非靶向代谢组学分析；运用RT-qPCR检测脂代谢相关基因表达；通过免疫组化和Western blot分析AMPK信号通路关键蛋白表达。

3.1. CLO引起肝损伤

研究结果显示，CLO暴露导致小鼠肝细胞间隙增大，高浓度组出现炎性细胞浸润。Masson染色和α-SMA免疫组化显示，CLO暴露引起不同程度的肝纤维化，且随着浓度增加而加重。肝功能指标ALT和AST活性随暴露浓度增加而升高，表明CLO确实引起了明显的肝组织损伤。

3.2. CLO对肝脏TG、TC含量及AST和ALT活性的影响

值得注意的是，与对照组相比，CLO暴露组肝脏TG含量显著降低，TC含量略有下降但不显著。油红O染色结果进一步证实，随着CLO暴露浓度增加，肝脏脂质含量显著减少，这一现象与常规的肝损伤通常伴随脂质积累的预期相反，提示CLO可能通过独特机制影响脂代谢。

3.3. 血清和肝脏非靶向代谢组学分析结果

非靶向代谢组学分析揭示了CLO暴露引起的显著代谢改变。在血清中，共鉴定出457种正离子模式代谢物和315种负离子模式代谢物，其中113种正离子模式代谢物和26种负离子模式代谢物存在显著差异。在肝脏组织中，鉴定出658种正离子模式代谢物和485种负离子模式代谢物，其中113种正离子模式代谢物和77种负离子模式代谢物存在显著差异。KEGG通路富集分析显示，这些差异代谢物主要涉及花生四烯酸代谢、脂肪酸代谢、α-亚麻酸代谢、甘油磷脂代谢等通路。特别重要的是，肝脏代谢组学结果显示CLO暴露导致AMP水平升高，表明机体出现严重能量缺乏。

3.4. CLO对脂代谢和AMPK通路相关基因的影响

基因表达分析显示，CLO暴露显著下调了脂质合成相关基因Fasn和Acacb的表达，同时上调了脂肪酸β-氧化相关基因Cpt1和Cpt2的表达。这一结果从转录水平证实了CLO对脂代谢的双重调节作用：抑制脂质合成，促进脂质分解。

3.5. CLO对脂代谢和AMPK通路相关蛋白的影响

蛋白水平分析进一步验证了上述发现。免疫组化和Western blot结果显示，CLO暴露上调了AMPKα、P-AMPKα和PPARα的表达，下调了PPARγ的表达。其中，磷酸化AMPK(P-AMPKα)的上调表明AMPK信号通路被激活，而PPARα的上调和PPARγ的下调则分别促进了脂肪酸氧化和抑制了脂肪生成。此外，脂肪酸氧化关键酶ACSL1的表达也显著上调，促进了长链脂肪酸活化为酰基辅酶A进入线粒体进行β-氧化。

研究表明，CLO暴露首先引起机体能量缺乏，进而激活AMPK这一重要的细胞能量传感器。活化的AMPK通过双重机制调节能量代谢：一方面通过抑制SREBP-1及其下游靶基因FASN和ACC的表达来减少脂质合成，降低能量消耗；另一方面通过激活PPARα及其调控的脂肪酸氧化基因CPT1和CPT2的表达来促进脂肪酸β-氧化，增加ATP生成。这种"节流开源"的调节机制虽然有助于恢复能量平衡，但却导致了脂代谢稳态的破坏，表现为肝脏脂质含量降低。

该研究首次系统地阐明了CLO通过AMPK信号通路干扰肝脏脂代谢的分子机制，不仅为CLO的肝毒性评价提供了重要理论依据，也为评估新烟碱类杀虫剂对人类健康的潜在风险提供了科学参考。值得注意的是，CLO引起的脂代谢紊乱模式与典型的代谢性疾病有所不同，这种独特的效应模式可能代表着环境污染物影响代谢健康的新途径。未来研究需要进一步探讨CLO引起能量缺乏的具体机制，以及长期低剂量暴露对代谢健康的累积效应，为制定更科学的安全限值标准提供数据支持。