網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的整合揭示了地西泮及其代謝物的新型神經(jīng)毒性機(jī)制
《Food and Chemical Toxicology》：Integration of network toxicology, transcriptomics and metabolomics reveals the novel neurotoxic mechanisms of diazepam and its metabolites
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神經(jīng)毒性機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：地西泮與代謝物nordazepam通過STAT3、CASP3和TSPO引發(fā)微膠質(zhì)細(xì)胞毒性，分子模擬驗(yàn)證結(jié)合穩(wěn)定性，為水產(chǎn)品安全提供新依據(jù)。
徐曉東|李家欣|李子萌|楊震|喬璐|徐金華|齊博浩|胡鑫|任媛媛|李俊堂|穆英春
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部/中國漁業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)品質(zhì)量與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100141
摘要 地西泮是一種廣泛使用的苯二氮卓類藥物，在中國，動(dòng)物源性食品中嚴(yán)格禁止其存在。然而，偶爾在淡水魚中檢測(cè)到地西泮殘留物，這引發(fā)了人們對(duì)水產(chǎn)品安全性和潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的日益關(guān)注。本研究結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、細(xì)胞毒性測(cè)試、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)，評(píng)估了地西泮及其主要代謝物去甲地西泮的神經(jīng)毒性作用及其潛在機(jī)制。這兩種化合物均表現(xiàn)出顯著的神經(jīng)毒性效應(yīng)，其中小膠質(zhì)細(xì)胞（HMC3）的敏感性高于少突膠質(zhì)細(xì)胞（Mo 3.13）和神經(jīng)元（SH-SY5Y）。網(wǎng)絡(luò)分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定STAT3、CASP3和TSPO是介導(dǎo)與戒斷癥狀、認(rèn)知缺陷和運(yùn)動(dòng)障礙相關(guān)的神經(jīng)毒性的關(guān)鍵靶點(diǎn)。分子對(duì)接和動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步證實(shí)了它們與這些靶點(diǎn)的穩(wěn)定結(jié)合。這些發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)前對(duì)地西泮殘留物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要重新評(píng)估，并強(qiáng)調(diào)了小膠質(zhì)細(xì)胞在地西泮和去甲地西泮誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中的關(guān)鍵作用，為公共衛(wèi)生和飲食暴露安全提供了寶貴的見解。
引言 地西泮是一種長(zhǎng)效苯二氮卓類鎮(zhèn)靜劑，在中國被歸類為第二類精神藥物。它主要用于治療焦慮、失眠、癲癇及相關(guān)疾�。∕in等人，2020年）。它通過作用于GABA依賴性受體來增強(qiáng)γ-氨基丁酸（GABA）介導(dǎo)的神經(jīng)傳遞，促進(jìn)氯離子跨神經(jīng)元膜的流入，從而導(dǎo)致超極化并產(chǎn)生鎮(zhèn)靜等藥理效應(yīng)（Li，2023年）。長(zhǎng)期或不當(dāng)使用地西泮可能導(dǎo)致不良反應(yīng)，包括嗜睡、共濟(jì)失調(diào)、意識(shí)下降和呼吸問題（De Sarro等人，2022年），甚至可能對(duì)嬰兒造成長(zhǎng)期認(rèn)知障礙（Wadhwa等人，2025年）。地西泮化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（Li等人），并且在生物體內(nèi)易于積累，通過食物鏈的生物累積對(duì)人類健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)（Carmen等人，2022年）。
該藥物主要在肝臟中通過細(xì)胞色素P450酶系統(tǒng)代謝，其中CYP3A4和CYP2C19參與脫甲基作用生成活性代謝物去甲地西泮，或通過羥基化生成活性代謝物替馬西泮。去甲地西泮可進(jìn)一步被CYP3A4羥基化生成奧沙西泮。奧沙西泮和替馬西泮隨后在肝微粒體中通過UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶結(jié)合形成相應(yīng)的葡萄糖醛酸苷，隨尿液排出（Wang，2015年）。中國浙江省2020年至2024年的監(jiān)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，淡水魚中的地西泮代謝物中始終含有去甲地西泮，而奧沙西泮和替馬西泮很少被檢測(cè)到，這表明地西泮轉(zhuǎn)化為去甲地西泮可能是魚類中的主要代謝途徑（Cui等人，2025年）。這一發(fā)現(xiàn)與先前的研究結(jié)果一致，即在食用肌肉組織中，經(jīng)飲食暴露后鯽魚（Yang等人，2025年）、普通鯉魚（Yang等人，2026年）和草魚（Xu等人，2024年）的地西泮主要?dú)埩舸x物均為去甲地西泮。因此，地西泮及其代謝物去甲地西泮相對(duì)較高的殘留水平所帶來的潛在飲食風(fēng)險(xiǎn)值得高度重視。鑒于地西泮尚無明確的每日可接受攝入量（ADI）（Ben Mordechay等人，2022年），以及不同食品中殘留水平的不確定性，對(duì)其飲食暴露的全面風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估仍不充分。因此，迫切需要開展研究以確定神經(jīng)毒性閾值并闡明地西泮及其代謝物的毒理機(jī)制。
斑馬魚胚胎在96小時(shí)內(nèi)的地西泮半數(shù)致死濃度（LC50）為3302.39 μg/L（Wu，2021年）。當(dāng)暴露于12、120和1200 μg/L的地西泮溶液時(shí)，最高濃度下的斑馬魚幼體表現(xiàn)出增加的運(yùn)動(dòng)活性，而較低濃度則抑制其運(yùn)動(dòng)，這與觀察到的GABA水平變化一致（Wu等人，2020年）。另一項(xiàng)針對(duì)斑馬魚的研究表明，30天內(nèi)暴露于0.2和5 μg/L的氟硝西泮會(huì)破壞腸道微生物群平衡，上調(diào)腸道炎癥因子并增加腸道通透性。非靶向代謝組學(xué)分析還揭示了腸道和大腦中核苷酸代謝和氨基酸生物合成途徑的紊亂（Lin等人，2023年）。在小鼠中，短期暴露于5 mg/kg的地西泮和長(zhǎng)期暴露于1 mg/kg的地西泮會(huì)損害樹突棘的結(jié)構(gòu)可塑性，導(dǎo)致認(rèn)知障礙。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，地西泮可能主要通過線粒體18 kDa轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TSPO）而非γ-氨基丁酸A型受體誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)變化和突觸吞噬作用（Shi等人，2022年）。使用體外神經(jīng)毒性數(shù)據(jù)和藥代動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)地西泮的神經(jīng)毒性劑量時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)顯著的不準(zhǔn)確性。因此，整合特定的分子毒理學(xué)機(jī)制對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估地西泮誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性并指導(dǎo)安全用藥至關(guān)重要（Forsby和Blauboer，2007年）。
ProTox 3.0是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，利用分子相似性和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)預(yù)測(cè)化學(xué)物質(zhì)的毒性，包括急性毒性、毒性終點(diǎn)、器官特異性毒性、不良結(jié)局途徑和藥物代謝途徑（Banerjee等人，2024年）。我們使用該工具評(píng)估了地西泮及其代謝物對(duì)人類的毒理影響和藥代動(dòng)力學(xué)行為，從而更全面地了解它們對(duì)人類健康的影響。網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)整合了系統(tǒng)生物學(xué)、生物信息學(xué)和計(jì)算毒理學(xué)等領(lǐng)域；因此，我們應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)來識(shí)別地西泮及其代謝物神經(jīng)毒性作用中的關(guān)鍵途徑和分子靶點(diǎn)（Qu等人，2025年）。為了擴(kuò)大研究范圍并增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)本身的能力，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和其他組學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)可以提高毒理學(xué)評(píng)估的準(zhǔn)確性和可靠性（Zhao等人，2023年）。例如，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)和網(wǎng)絡(luò)毒學(xué)的研究揭示了藤茶引起的肝臟損傷的毒理機(jī)制（Xiao等人，2022年）。因此，采用類似的研究框架可以擴(kuò)展我們對(duì)地西泮及其代謝物神經(jīng)毒性機(jī)制的理解，從而提高毒性靶點(diǎn)預(yù)測(cè)的精度。分子對(duì)接用于探索活性物質(zhì)與關(guān)鍵治療靶點(diǎn)之間的關(guān)系（Liu等人，2022年）。分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步用于評(píng)估配體-受體復(fù)合物的結(jié)合穩(wěn)定性和靈活性，提高靶點(diǎn)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性（Liu等人，2023年）。
本研究通過結(jié)合網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析，揭示地西泮及其代謝物的神經(jīng)毒性途徑。此外，還探討了地西泮和去甲地西泮通過小膠質(zhì)細(xì)胞中的STAT3、CASP3和TSPO蛋白引發(fā)神經(jīng)毒性的潛力。通過跨學(xué)科整合，本研究為評(píng)估地西泮的安全風(fēng)險(xiǎn)提供了更全面、可靠和深入的科學(xué)基礎(chǔ)，為預(yù)防和治療其不當(dāng)使用引起的神經(jīng)毒性副作用提供了新的見解。
部分摘錄 毒性和藥代動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè) ProTox 3.0是一個(gè)在線工具，用于預(yù)測(cè)小分子的毒性。在本研究中，我們使用ProTox 3.0（
https://tox.charite.de ）來預(yù)測(cè)地西泮及其代謝物（包括去甲地西泮、奧沙西泮和替馬西泮）的毒理和藥代動(dòng)力學(xué)特性。
地西泮及其代謝物的靶點(diǎn)收集 通過將“Homo sapiens”作為物種標(biāo)準(zhǔn)，從SwissTargetPrediction數(shù)據(jù)庫中檢索了這四種化合物的潛在靶點(diǎn)。
PROTox毒性預(yù)測(cè) 利用PROTox平臺(tái)對(duì)地西泮（圖1A）及其代謝物（包括去甲地西泮（圖1B）、奧沙西泮（圖1C）和替馬西泮（圖1D）進(jìn)行了毒性評(píng)估。結(jié)果表明，地西泮和去甲地西泮表現(xiàn)出較高的總體毒性，被歸類為第二類；而奧沙西泮和替馬西泮的毒性較低，被歸類為第四類。所有四種化合物的器官毒性主要涉及神經(jīng)毒性和呼吸毒性。
討論 本研究探討了地西泮及其代謝物的神經(jīng)毒性閾值和毒理機(jī)制。我們的毒性評(píng)估表明，地西泮及其主要代謝物去甲地西泮的神經(jīng)毒性潛力大于其他代謝物。這一發(fā)現(xiàn)與臨床證據(jù)一致，即長(zhǎng)期或不當(dāng)使用地西泮可能導(dǎo)致嗜睡、共濟(jì)失調(diào)、意識(shí)下降、呼吸問題和認(rèn)知障礙等不良后果。
結(jié)論 本研究結(jié)合網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)方法，證明地西泮及其代謝物去甲地西泮可能通過激活STAT3、CASP3和TSPO等關(guān)鍵蛋白誘導(dǎo)神經(jīng)毒性。通過分子對(duì)接和動(dòng)力學(xué)模擬驗(yàn)證了TSPO與地西泮之間的相互作用穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)加深了我們對(duì)地西泮相關(guān)神經(jīng)毒性途徑的理解。
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明 齊博浩： 監(jiān)督、方法學(xué)。徐金華： 監(jiān)督、方法學(xué)。喬璐： 項(xiàng)目管理、方法學(xué)。楊震： 項(xiàng)目管理、方法學(xué)。李子萌： 撰寫——初稿、可視化。李家欣： 方法學(xué)、研究。穆英春： 項(xiàng)目管理、資金獲取。徐曉東： 撰寫——審稿與編輯、項(xiàng)目管理、方法學(xué)。李俊堂： 數(shù)據(jù)管理、概念化。任媛媛： 數(shù)據(jù)管理、概念化。胡鑫：
未引用參考文獻(xiàn) Li等人，2025年；VAN DER SPOEL等人，2005年；WENTING等人，2023年。
數(shù)據(jù)可用性 數(shù)據(jù)可應(yīng)要求提供。
資助 本項(xiàng)目的資金由中國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目（GJFP20230401）和中國漁業(yè)科學(xué)院中央公共福利科學(xué)機(jī)構(gòu) 的基礎(chǔ)研究基金（CAFS 編號(hào)：2023A002）提供。
利益沖突聲明 作者聲明沒有已知的利益沖突或個(gè)人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
