《Journal of Hazardous Materials》：Salinity Inhibits UV Photoaging of Thermoplastic Polyurethane Microplastics and Enhances Atrazine Adsorption
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本研究发现，30天口服Cu(OH)?纳米农药可导致青少年C57BL/6小鼠社交互动和探索行为显著受损，其机制涉及铜稳态紊乱、线粒体凋亡通路激活，以及lncRNA Shank1-204和Acsl1-206通过表观遗传调控影响TF Kdm1a表达。
任志华|段永辉|任梦瑶|蔡逸雪|梁洁峰|王晓|孙家飞|任丹勤|库婷婷|宁霞|桑楠
中国山西省大学环境与资源学院环境与健康研究中心，煤炭基新兴污染物识别与风险控制重点实验室，太原 030006
摘要
尽管由于独特的物理化学性质和强大的广谱抗菌活性，Cu(OH)2纳米农药在农业中得到了广泛应用，但其环境持久性和生物累积潜力引发了日益严重的神经毒性担忧。青春期是出生后神经发育的关键时期，这一阶段的特点是突触结构和神经回路的成熟与精炼，这对认知能力的形成至关重要。在本研究中，青少年C57BL/6小鼠在30天的暴露期间通过灌胃方式接受了Cu(OH)?纳米农药或安慰剂对照剂的亚慢性口服给药。这种暴露方式导致了神经发育障碍，表现为社交互动和新奇探索行为的明显受损，这些现象类似于抑郁症和自闭症谱系障碍的特征，并伴有突触分子信号的失调和神经传递平衡的破坏。这些异常现象与铜稳态的异常以及线粒体中铜死亡途径的诱导有关，这些被认为是导致神经发育障碍的主要因素。Cu(OH)2纳米农药通过长链非编码RNA（lncRNAs）Shank1-204和Acsl1-206介导的转录因子Kdm1a的表观遗传重编程，揭示了这种农药引发神经发育缺陷的核心分子机制。总体而言，这些发现极大地推进了我们对工程纳米农药引起的发育性神经毒性的理解，为建立严格的神经毒性风险评估范式提供了重要的科学基础。
引言
为了提高农业生产力并提升作物质量，商业上对纳米技术驱动的农药制剂的需求不断增加[1]。系统性的设计优化使得这些纳米农药表现出更优的性能特点，包括更强的叶面附着能力、精确调控的释放动力学，从而延长了生物活性持续时间，并提高了环境稳定性[2]。值得注意的是，与传统制剂相比，纳米农药的效力提高了20-30%[3]。在各种先进的纳米农药中，Cu(OH)2纳米农药因其强大的广谱抗菌作用而受到了广泛关注，它在保护商业作物和草坪草免受多种真菌和细菌病原体侵害方面表现出卓越的效果[4]。这种农药已在全球农业应用中使用了三十多年，目前是加利福尼亚州使用量第十二大的农药，据报道2018年的年消耗量约为500万磅[5]。Cu(OH)2纳米农药的大量使用，加上其在纳米尺度上的独特物理化学性质，迫切需要对其进行全面的毒理学评估，以阐明长期暴露对其人类健康的潜在风险。
铜在电子传递链中起着关键作用，并作为线粒体氧化磷酸化过程中的酶辅因子，对于具有极高能量需求的神经组织而言具有重要的生化意义，这体现在它们极高的三磷酸腺苷（ATP）合成率和显著增加的氧气利用量[6]。铜稳态的失调已被证实与严重的神经发育障碍的发病机制有关，尤其是Menkes病（一种由ATP7A编码的铜转运酶突变引起的疾病）和致命的先天性铜缺乏综合征（由SLC31A1编码的高亲和力铜转运蛋白失活突变引起）[7]。青春期是大脑组织出生后成熟的关键阶段，这一时期的特点是突触的选择性修剪和神经回路的复杂优化，这对高级认知能力的形成至关重要[8]。这一发育时期也伴随着深刻的心理社会变化，同伴关系成为主要的社会动机，社会认知能力显著增强，这些现象与青少年神经结构的持续结构和功能重组密不可分[9]。值得注意的是，这一发育窗口期间神经可塑性的增强使得青少年特别容易受到神经发育性精神障碍的影响，这种发育脆弱性与适应性并存，使得这一时期成为神经功能成熟和心理健康保护的关键时期[10]。这种脆弱性还与突触完整性密切相关，突触完整性被认为是神经精神障碍中社会功能障碍的核心病理基础[11]。正常的突触功能依赖于神经递质介导的信号传导，这一过程始于神经递质从前突触末梢的囊泡释放，随后在突触后位点与受体结合，产生精确调控的兴奋性或抑制性突触后反应，从而调节神经元兴奋性，这是正常社会行为动态电路可塑性的基础[12]。
成年啮齿动物模型长期饮食暴露于Cu(OH)2纳米农药后，胃肠道会出现一系列后果，包括性别依赖性的结肠炎加重和肠道屏障完整性的破坏[13]，斑马鱼模型中也观察到了急性神经发育毒性，表现为活动减少和保守的神经递质通路紊乱[14]。相比之下，利用幼年或青少年哺乳动物进行的研究仍然较少，尽管有新兴证据表明Cu(OH)2纳米农药会引起系统的效应，包括铜稳态的破坏、铜死亡途径的诱导以及肝脏脂质代谢的紊乱[15]。最关键的是，青少年暴露于Cu(OH)2纳米农药可能导致高级社会认知行为表型的持久性缺陷，以及表观基因组调控网络（尤其是由长链非编码RNA（lncRNAs）调控的网络）的机制贡献，这些网络在发育和疾病发病机制中越来越受到重视[16][17]，但这些机制尚未得到充分探索。这些知识空白构成了理解这类纳米农药引起的发育性神经毒性的关键缺口。
随着人们对农药作为潜在青少年神经发育毒物认识的提高[18]，本研究旨在系统评估青少年亚慢性暴露于Cu(OH)?纳米农药后持续的社会行为缺陷，并阐明相关的神经化学紊乱和lncRNA表达谱的变化。在受控的暴露方案下，通过三室测试进行了社会行为评估，并结合标准化的实验室条件和综合组学分析，以精确描绘社会行为的影响及其背后的分子机制。关于Cu(OH)2纳米农药干扰突触信号传导的研究结果为这一新兴类别农药在关键发育窗口期的不良影响提供了重要见解。
实验动物
实验动物
来自中国北京Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.的2.5周龄雄性C57BL/6小鼠，随后在特定的无病原体（SPF）设施中饲养，环境条件严格控制，包括21-23℃的温度范围、40-60%的相对湿度以及标准化的12小时光照/黑暗周期，实验期间食物和水供应不受限制。所有操作均在严格的环境条件下进行
Cu(OH)2纳米农药暴露对小鼠铜稳态和铜死亡的影响
为了评估纳米农药暴露后大脑组织中铜调节可能出现的紊乱，系统分析了控制铜稳态和铜死亡的关键分子通路。如图1A所示，参与铜稳态的基因（p < 0.01或0.05）的转录表达显著升高，包括金属还原酶（Steap2、Steap3、Steap4）、铜转运蛋白（Slc31a1、Atp7a）、细胞色素c氧化酶组装因子（Cox11、Cox17）等
讨论
对广泛使用的纳米农药进行神经毒性评估对于阐明其潜在的人类健康危害至关重要。在本研究中，系统分析了Cu(OH)2纳米农药在关键青少年神经发育阶段的暴露情况，结果表明这种化学物质的亚慢性暴露可以通过lncRNA-TF调控轴干扰神经发育基因的表达模式，最终导致突触不稳定和神经递质网络的紊乱
环境影响
Cu(OH)2纳米农药使用的增加引发了对其健康影响的担忧，尤其是在青春期，因为这一时期涉及活跃的突触成熟和神经回路的精炼，这对获得正常的社交行为至关重要。据我们所知，这项研究是首次使用青少年小鼠进行的相关研究，结果表明暴露于这种农药会引发分子病理机制，从而导致社会行为问题
CRediT作者贡献声明
王晓：数据整理。梁洁峰：验证、软件处理。蔡逸雪：方法学设计。任梦瑶：方法学设计。库婷婷：软件处理。任丹勤：方法学设计、实验实施。孙家飞：方法学设计、实验实施。段永辉：初稿撰写、可视化、数据整理。任志华：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学设计、实验实施、数据整理、概念构建。桑楠：监督、资源协调、资金获取。宁霞：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（22036115、U25A20587、22176119和22376130）的资助。
