揭示由巨噬細胞驅動的炎癥失調機制:NF-κB介導的過度炎癥反應將6PPD-Q暴露與病毒性免疫病理學聯系起來
《Journal of Hazardous Materials》:Unveiling a macrophage-driven inflammatory dysregulation: NF-κB-mediated hyperinflammation links 6PPD-Q exposure to viral immunopathology
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時間:2026年03月03日
來源:Journal of Hazardous Materials 11.3
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6PPD-Q暴露通過激活肺巨噬細胞NF-κB通路加劇小鼠流感及VSV感染病理,炎癥因子IL-6、TNF-α、IL-1β和IL-10顯著升高,巨噬細胞耗竭逆轉感染效應。該研究揭示環境污染物6PPD-Q通過干擾肺免疫微環境增強呼吸道病毒易感性,為環境健康風險評估提供依據。
邱曉文|陳家軍|王佳燕|李玉杰|齊曉燕|曾憲昌|馮華軍|孔向輝
浙江中醫藥大學金華學院,中國浙江金華321015
摘要
呼吸道病毒感染對全球疾病負擔和死亡率有顯著影響。N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-p-苯二胺醌(6PPD-Q)因其明顯的生態毒性而受到廣泛關注。然而,這種普遍存在的環境污染物如何影響宿主對呼吸道病毒的免疫防御機制仍不清楚。本研究建立了一種小鼠模型,連續14天通過鼻腔給予與環境相關的6PPD-Q劑量,并同時通過鼻腔滴入甲型流感病毒(IAV)或通過尾靜脈注射水泡性口炎病毒(VSV)。研究結果表明,預先暴露于6PPD-Q的小鼠在病毒感染期間的死亡率更高。值得注意的是,6PPD-Q暴露導致病毒廣泛傳播、嚴重的肺部病理變化以及明顯的炎癥失調,表現為IL-6、TNF-α、IL-1β和IL-10水平顯著升高。免疫分析顯示,6PPD-Q暴露在IAV感染期間誘導了中性粒細胞、單核細胞和單核細胞衍生的巨噬細胞(MDMs)在肺部的選擇性積聚。有趣的是,巨噬細胞耗竭完全消除了對照組和6PPD-Q處理組之間的生存率、病毒載量和細胞因子水平的差異。機制上,6PPD-Q激活了肺部分巨噬細胞中的NF-κB信號通路,從而驅動了過度的炎癥反應。我們的發現證實,6PPD-Q顯著增加了宿主對病毒性肺炎的易感性。這突顯了環境健康管理在預防和控制呼吸道傳染病中的關鍵作用。
引言
作為全球發病率和死亡率的重要因素,病毒感染對全球公共衛生產生了深遠影響,尤其是在5歲以下的兒童中[1]、[2]、[3]、[4]。這些感染由甲型流感病毒(IAV)、水泡性口炎病毒(VSV)、嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2型、鼻病毒和腺病毒等病毒引起,可導致多種臨床表現。病理變化從輕微癥狀到嚴重病癥不等,如喉炎、細支氣管炎、肺炎、哮喘加重和咽扁桃體炎[5]、[6]、[7]。盡管醫學研究取得了顯著進展,但環境毒素與病毒感染易感性之間的相互作用仍需進一步探索,這是公共衛生研究的一個關鍵領域。
N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-p-苯二胺醌(6PPD-Q)是一種新興的環境污染物,由普遍存在的輪胎抗氧化劑6PPD通過臭氧氧化形成[8]、[9]、[10]、[11]。該化合物因與太平洋西北部銀鮭魚的“城市徑流死亡綜合征”[12]以及線蟲、斑馬魚和哺乳動物等模型生物的神經行為變化、生殖功能障礙和消化系統損傷[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]有關而受到廣泛關注。值得注意的是,6PPD-Q在各種環境介質中普遍存在,尤其是在灰塵(0.62?143 ng/g)[20]和PM2.5(0.1?7250 pg/m3)[22]中。隨后的人體生物監測研究表明,其在尿液和血清中廣泛存在,孕婦的暴露水平最高[24]、[25]。因此,這些氧化副產物的潛在健康影響引起了嚴重關注。
肺部免疫微環境在宿主對抗呼吸道病原體(包括病毒和細菌)的防御中起著關鍵作用,同時對外源性刺激(如顆粒物和環境污染物)也具有重要的屏障作用[26]、[27]、[28]、[29]。這個復雜的免疫網絡由多種免疫細胞和分子組成,它們協同工作以維持體內平衡并引發有效的免疫反應[30]。具體而言,巨噬細胞通過識別病毒病原體、吞噬受感染細胞以及分泌I型干擾素、促炎細胞因子和趨化因子,在先天免疫反應中起核心作用[31]、[32]、[33]。然而,巨噬細胞介導的炎癥反應失調可能導致免疫病理[31]。這種不適應的炎癥狀態最終會導致組織損傷、水腫和氣體交換受損,這些表現與嚴重的病毒性肺炎和急性呼吸窘迫綜合征明確相關[34]、[35]、[36]。先前的研究表明,PM2.5通過抑制IFN-β的產生并使細胞因子譜向過度炎癥方向重新編程,從而削弱了巨噬細胞的功能,增加了宿主對呼吸道病毒的易感性[28]。我們的先前研究表明,6PPD-Q的呼吸道暴露通過損害肺泡巨噬細胞的先天免疫功能加重了細菌性肺炎[27]。值得注意的是,6PPD-Q可能通過誘導肺細胞的氧化應激和炎癥反應破壞肺部免疫穩態[37]。然而,6PPD-Q對抗病毒免疫的影響及其潛在的細胞和分子作用機制仍不清楚。
因此,本研究的主要目的是探討6PPD-Q暴露如何影響宿主對病毒感染的易感性。我們的小鼠模型模擬了現實世界中的人類吸入或系統感染暴露情景,連續14天通過鼻腔給予與環境相關的6PPD-Q劑量,隨后通過鼻腔感染IAV或通過尾靜脈感染VSV。收集小鼠血清和肺組織,進行組織病理學檢查以及免疫學和感染參數的分析。此外,對巨噬細胞的轉錄組分析提供了關于呼吸道6PPD-Q暴露如何調節抗病毒先天免疫的作用和潛在機制的見解。我們的發現及時且令人擔憂地指出了像6PPD-Q這樣的環境污染物對健康的潛在風險,特別是在呼吸道病毒感染的背景下。
化學物質和試劑
6PPD-Q的標準品和內部標準品coumaphos-d10購自Alta Scientific Co., Ltd.(中國天津)。苯甲酮-d10和13C6-6PPD-Q的替代標準品分別來自Alta Scientific Co., Ltd.和Cambridge Isotope Laboratories(美國波士頓)。
乙腈(LC-MS級)和甲醇(HPLC級)購自Supelco(Merck KGaA,德國達姆施塔特)。乙醇(HPLC級)和異丙醇(HPLC級)購自Anpel
暴露于6PPD-Q的小鼠對病毒感染的易感性增加
為了研究呼吸道暴露于6PPD-Q的影響,每天通過鼻腔滴入20 μL的6PPD-Q溶液(濃度為2 ng/mL)(圖1 A)。暴露兩周后,小鼠血清和肺組織中的6PPD-Q濃度分別為0.01?0.027 ng/mL(中位數:0.017 ng/mL)和0.18?0.43 ng/g(0.30 ng/g),均高于對照組(表1)。6PPD-Q處理組與對照組在食物和水分攝入方面沒有差異
討論
鑒于6PPD在橡膠制品(如輪胎和門墊)中的普遍存在及其轉化產物6PPD-Q在多種環境介質(如PM2.5和灰塵)中的存在[13]、[43]、[44],全面評估其潛在的人類健康風險迫在眉睫。先前的研究表明,6PPD-Q不僅在肺部積累,還在分子、細胞和體內水平上表現出直接毒性,最終導致病理損傷[19]
CRediT作者貢獻聲明
王佳燕:方法學、研究。陳家軍:研究。齊曉燕:方法學。李玉杰:研究。邱曉文:寫作——初稿、方法學、資金獲取。馮華軍:寫作——審稿與編輯、項目管理。曾憲昌:寫作——審稿與編輯、正式分析、數據管理。孔向輝:寫作——審稿與編輯、資金獲取、正式分析。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金(編號82402123和42407571)和中國博士后科學基金(2024M762861)的財政支持。此外,本研究還得到了CPSF博士后獎學金計劃(Grant Number GZC20232323)的資助。
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