《Ecotoxicology and Environmental Safety》：1,3,6,8-Tetrabromocarbazole induces neurodegenerative damage in mice: Mechanistic insights from combined transcriptomic and metabolomic profiling
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本研究聚焦新兴污染物1,3,6,8-四溴咔唑（1368-BCZ）的神经毒性。研究人员通过建立亚慢性暴露小鼠模型，结合神经行为学、组织病理学及多组学分析，发现1368-BCZ暴露可导致小鼠认知功能受损、海马体病理损伤及Aβ/p-Tau等神经退行相关蛋白上调。整合转录组与代谢组分析揭示，其神经毒性机制与泛酸和CoA生物合成及β-丙氨酸代谢通路的紊乱密切相关。该研究首次在体内揭示了1368-BCZ的神经毒性机制，为其环境健康风险评估提供了重要科学依据。
在工业化学蓬勃发展的20世纪，多卤代咔唑（PHCZs）作为重要的原材料被广泛应用于染料、医药、杀虫剂和光电子等领域，同时也导致了广泛的环境污染。其中，1,3,6,8-四溴咔唑（1368-BCZ）因其在环境中普遍存在且具有典型持久性有机污染物特性而备受关注。它不仅在北美五大湖区的沉积物中被检测到最高浓度，更令人担忧的是，近年来在饮用水源中也发现了它的踪迹，凸显了其潜在的人类暴露风险。既往研究表明，1368-BCZ具有类似二噁英的毒性，甚至可能更强，但其全面的毒理学评估，尤其是对神经系统的潜在影响，仍存在大量空白。随着全球神经退行性疾病患者数量的不断增加，环境污染物暴露与神经健康风险之间的关联日益成为科学界关注的焦点。在此背景下，深入探究1368-BCZ这类新兴污染物的神经毒性效应及其内在机制，对于全面评估其环境健康风险、填补其毒理学知识空白具有紧迫而重要的意义。
为了系统评估1368-BCZ的神经毒性，研究人员在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了一项创新性研究。他们建立了一个为期28天的亚慢性暴露C57BL/6J小鼠模型，模拟人类可能的环境暴露情景。研究团队综合运用了神经行为学测试（包括新物体识别、Morris水迷宫和Y迷宫）、海马体组织病理学分析（H&E染色和尼氏染色）、蛋白质印迹法（Western Blot）检测神经退行相关蛋白表达，并结合高通量的转录组测序（RNA-seq）和非靶向代谢组学（untargeted metabolomics）分析，从整体行为到分子机制层面，深入探究了1368-BCZ暴露对小鼠神经系统的影响。
3.1. 1368-BCZ暴露与小鼠神经退行性损伤相关
行为学测试结果表明，1368-BCZ亚慢性暴露显著损害了小鼠的认知功能。在新物体识别测试中，暴露组小鼠的识别指数显著降低约10%。在Morris水迷宫测试中，暴露组小鼠的逃避潜伏期显著延长约20秒，并且在空间探索测试中，高剂量暴露组（25 mg/kg）小鼠在目标象限停留的时间缩短了5-10秒，穿越原平台位置的次数也减少了1-2次。然而，Y迷宫测试结果显示，各组小鼠的自发交替率和总探索次数无显著差异，表明1368-BCZ主要影响与海马体相关的认知功能，而非一般运动活动或工作记忆。这些结果综合表明，1368-BCZ暴露，特别是高剂量暴露，会诱发小鼠出现神经退行性损伤相关的行为表型。
3.2. 1368-BCZ暴露诱导小鼠海马组织病理损伤
海马体是情景记忆形成和空间导航的关键脑区，其损伤是神经退行性病变的常见特征。组织病理学分析发现，1368-BCZ暴露导致了海马体齿状回（DG）、CA1和CA3区的明显神经元损伤。H&E染色显示，暴露组神经元排列紊乱，细胞收缩、深染；高剂量组还出现神经元丢失和周边染色变浅等病理变化。尼氏染色结果进一步证实，暴露组小鼠海马体中尼氏小体数量减少，细胞间隙增大，神经元排列无序。这些病理改变为1368-BCZ引起的认知功能障碍提供了组织学基础。
3.3. 1368-BCZ暴露上调小鼠海马组织中神经退行性损伤相关蛋白的表达
神经退行性疾病的典型病理特征包括β-淀粉样蛋白（Aβ）的沉积和Tau蛋白的过度磷酸化。蛋白质印迹分析结果显示，虽然淀粉样前体蛋白（APP）的表达水平在各组间无显著变化，但高剂量1368-BCZ暴露组小鼠海马组织中的Aβ水平显著上调了约3倍。同时，Tau蛋白在Ser404和Thr181位点的磷酸化水平也显著增强（约1.5-2.0倍），而总Tau蛋白水平不变。这些分子水平的证据进一步证实了1368-BCZ暴露能够诱导类似阿尔茨海默病的神经病理变化。
3.4. 1368-BCZ亚慢性暴露后海马组织的转录组谱分析
为了从基因表达层面探索机制，研究人员对高剂量暴露组小鼠的海马组织进行了RNA测序。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）能清晰区分暴露组与对照组。差异表达基因分析共鉴定出370个显著差异基因，其中254个下调，116个上调。KEGG通路富集分析显示，这些差异基因显著富集于17条通路，其中9条与代谢相关，包括代谢通路、泛酸和CoA生物合成、β-丙氨酸代谢等，提示1368-BCZ引起的神经损伤可能与海马体代谢紊乱密切相关。
3.5. 代谢组谱分析揭示1368-BCZ亚慢性暴露小鼠的海马代谢特征
非靶向代谢组学分析为转录组发现提供了有力补充。主成分分析显示暴露组与对照组的代谢谱存在明显分离。共发现680个差异代谢物，其中602个上调，78个下调。KEGG通路富集分析显示，这些差异代谢物主要富集于14条通路，包括泛酸和CoA生物合成、β-丙氨酸代谢等，这与转录组的结果高度吻合，共同指向了海马体的代谢网络失调。
3.6. 1368-BCZ诱导小鼠神经退行性损伤的海马组织转录组-代谢组联合分析
联合分析发现，转录组和代谢组数据共同富集于泛酸和CoA生物合成以及β-丙氨酸代谢通路。基因Dpys、Mlycd和Pank1的表达下调，并与β-丙氨酸、L-天冬氨酸、3-脲基丙酸等关键代谢物的变化显著相关。相关性网络分析显示，这些差异表达的基因和代谢物之间形成了高度互联的调控网络。研究推测，Dpys的下调可能直接或间接阻断了神经保护因子β-丙氨酸的合成，进而影响了CoA的生物合成，而CoA是细胞内能量代谢（三羧酸循环）和乙酰化反应的关键辅因子，其缺乏会损害线粒体功能。这种代谢通路间的“交叉对话”可能是1368-BCZ诱发神经退行性损伤的核心机制之一。
综上所述，本研究首次通过体内实验证实了环境污染物1368-BCZ的亚慢性暴露具有神经毒性，能够引起小鼠认知功能下降、海马体病理损伤以及Aβ沉积和Tau蛋白过度磷酸化等神经退行性病理特征。通过整合多组学分析，研究揭示了其潜在作用机制：1368-BCZ通过下调Dpys、Pank1和Mlycd等关键基因，扰乱了海马体内泛酸、CoA生物合成和β-丙氨酸代谢通路及其交叉对话，从而导致代谢网络失衡，最终诱发神经损伤。这项研究不仅首次在体内水平上揭示了1368-BCZ的神经毒性及其分子机制，为全面评估这类新兴污染物的环境健康风险提供了重要的毒理学证据，也为理解代谢紊乱在神经退行性疾病发生中的作用提供了新的视角。
