基于非靶向代谢组学的吡虫啉暴露致人肝细胞HepG2毒性效应研究

摘要

[背景]吡虫啉是一种被广泛使用于农业生产中的新烟碱类杀虫剂,在人群生物样本中检出率高。已有研究显示吡虫啉暴露与肝损伤相关性较高,但具体机制不明。[目的]观察吡虫啉暴露对人肝细胞HepG2毒性效应及其非靶向代谢谱的扰动影响,分析其主要参与的生物学过程和信号通路,探讨吡虫啉肝毒性可能的分子机制。[方法]制备人肝细胞HepG2细胞悬液接种于96孔板中,分为空白对照组、二甲基亚砜(DMSO)溶剂对照组和多种浓度的吡虫啉染毒组,每组设5个平行样。MTT法测定不同浓度吡虫啉(1、2.5、5、7.5、10 mmol·L^(-1))染毒8 h后的HepG2细胞存活率,分析其剂量-效应关系。选用细胞存活率为80%对应的吡虫啉暴露浓度(3 mmol·L^(-1))对HepG2细胞进行染毒,应用UHPLC-Q-TOF/MS技术进行非靶向代谢组学分析,并与空白对照组和DMSO溶剂对照组进行比较分析,筛选各组间差异代谢物,利用京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库进行注释,分析其富集的生物过程和相关信号通路。[结果]与空白对照组和DMSO溶剂对照组比较,吡虫啉暴露组HepG2细胞存活率降低,差异有统计学意义(P<0.001)。暴露于2.5mmol·L^(-1)吡虫啉8 h后,HepG2细胞存活率约为86%。非靶向代谢组学研究发现,暴露3 mmol·L^(-1)吡虫啉可引起HepG2细胞包括肌酸(变量权重值VIP=1.11,P<0.001)、精氨酸(VIP=1.47,P=0.048)、牛磺酸(VIP=4.28,P=0.001)、α-D-葡萄糖(VIP=1.90,P=0.006)等在内的61种差异代谢产物水平紊乱,主要涉及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路(P<0.001)、精氨酸和脯氨酸代谢(P=0.002)及半乳糖代谢(P=0.015)等。[结论]吡虫啉暴露能够显著抑制HepG2细胞存活率,干扰mTOR信号通路、精氨酸和脯氨酸代谢、半乳糖代谢等通路。