食源性有害物丙烯酰胺通过NLRP3炎症小体激活介导神经毒性的机制探索

Acrylamide is a common food contaminant formed by heating during food processing. Acrylamide poses potential health hazards that attract serious concerns of governments, consumers, industries and scientists. Especially, its neurotoxicity is known to cause the worst damage on health. To prevent this, more evidences are needed and the related mechanisms still need to be elucidated. In our previous study, acrylamide treatment caused inflammation and increased the expression of NLRP3 both at protein and mRNA levels. Consequently, significant cell death was found and the characteristic was different from apoptosis. Therefore, we hypothesize that acrylamide probably induces neurotoxicity via NLRP3 activation and its down-stream signal pathway. In our proposed project, we will systematically investigate the link among acrylamide-induced oxidative stress, NLRP3 prime/activation, downstream signaling including pro-caspase-1, caspase-1, IL-1β, and neurotoxic effects. Based on our expected results, the molecular mechanism underlay of acrylamide-induced neurotoxicity via immunology related pathway will be developed. This information will further improve the development of adverse outcome pathway approach for the risk assessment of acrylamide.

食品安全是当前政府与民众关注的重大民生问题，食品热加工中有害物的形成及其毒性是危害食品安全的重要因素之一。丙烯酰胺是热加工食品中常见的内源性有害物，其毒性作用的主要靶器官是神经系统。丙烯酰胺毒性易诱导神经损伤对人体健康造成威胁，需进一步挖掘其神经毒理学机制。我们在前期研究中率先发现，丙烯酰胺可诱导细胞免疫炎症反应及胞内NLRP3高表达，引起神经胶质细胞死亡，但特征不同于传统报道中的细胞凋亡现象，其具体机制仍有待研究。因此，本课题拟系统研究丙烯酰胺诱导NLRP3炎症小体的激活过程及其下游通路开启在神经损伤中的关键作用。解析丙烯酰胺诱导免疫应激的分子机制与毒理学意义，将为全面揭示丙烯酰胺致毒机制与完善有害结局路径提供新的理论依据，为进一步有针对性的寻找食源性有害物质的防控手段提供数据支持。

食品安全是当前政府与民众关注的重大民生问题，食品热加工中有害物的形成及其毒性是危害食品安全的重要因素之一。丙烯酰胺（acrylamide, ACR）是热加工食品中常见的内源性有害物，其毒性作用的主要靶器官是神经系统。丙烯酰胺毒性易诱导神经损伤对人体健康造成威胁，需进一步挖掘其神经毒理学机制。本项目主要结论如下：.（1）采用不同浓度的ACR处理细胞，MTT法检测U87-MG细胞存活率。倒置显微镜和FITC-PI双染色法分析细胞形态和细胞凋亡率。测定胞内活性氧（ROS）、谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）、线粒体膜电位（MMP）以及Ca2+水平，Western blot法检测细胞内蛋白的表达水平。结果表明，ACR导致U87-MG细胞活力呈时间和剂量依赖性降低，其IC50值为3.5 mM。ACR处理后U87-MG细胞核皱缩，细胞数减少，凋亡率增加。ACR诱导胞内ROS、MDA和Ca2+水平显著上调，降低GSH和MMP水平，而抗氧化剂NAC和mitoTEMPO可以缓解AA引起的变化。在蛋白水平上，ACR上调了p-p65、Bax /Bcl-2比例、Cleaved caspase-3、Cleaved caspase-9、Cleaved-PARP的表达，促进cytochrome-c向外释放，导致细胞发生凋亡；同时ACR染毒也上调了P62和Beclin的表达水平，下调LC I/LC II蛋白比例，抑制了细胞的保护性自噬，从而进一步促进凋亡的发生，其原理与自噬典型抑制剂氯喹（CQ）相似。.（2）在SH-SY5Y细胞和小鼠模型中，ACR诱导神经元细胞的死亡特征与凋亡明显不同。ACR处理引起了炎症反应和氧化应激反应，其主要表现为细胞ROS水平、MDA含量和Ca2+信号的显著增加，并伴随线粒体膜电位和谷胱甘肽含量的显著降低。细胞免疫炎症反应主要为胞内NLRP3高表达，激活下游信号通路caspase-1，caspase-3，IL-1β，IL-18，GSDMD/GSDME，介导细胞焦亡来造成神经毒性。其中，NLRP3经典通路先激活，在ACR介导的细胞焦亡中扮演主要的角色。.本项目从免疫应答和神经炎症的新角度解析ACR诱导神经毒性的分子机制与毒理学意义，为全面揭示ACR的致毒机制与完善其有害结局路径（Adverse outcome pathway）提供新的理论基础。