在人群相关剂量下接触吡虫啉会导致肝脏脂质代谢紊乱：探究cGAS-STING通路介导的肝细胞衰老作用

《Environmental Research》：Imidacloprid Exposure at Population-Relevant Doses Induces Hepatic Lipid Dysregulation: Exploring the Role of cGAS-STING Pathway-Mediated Hepatocyte Senescence

吡虫啉长期低剂量暴露通过激活cGAS-STING通路诱导小鼠肝细胞衰老和脂代谢紊乱，抑制该通路可缓解症状。

　　

张宇涵|戴玉清|狄一红|吴冰|田雪燕|熊丽萌|白泽阳|贾金浩|傅家明|李晓宇|赵毅|胡浩|王广军|张瑞|李红辉|杨慧芳|孙健

宁夏医科大学总医院公共卫生学院，医学记录与统计系，中国宁夏银川750004

摘要

农药污染对人类健康构成了重大威胁。现有证据表明，接触吡虫啉（IMI）与脂质代谢紊乱有关。然而，IMI引起肝脏脂质代谢异常和肝细胞衰老的机制尚未完全阐明——尤其是在与人类相关的剂量下长期暴露的影响，这方面的研究更为不足。为了填补这一研究空白，我们使用与人类相关剂量的IMI（0、0.015 μg/mL、0.52 μg/mL、0.033 mg/mL）对小鼠进行了24周的饮用水暴露实验，以研究由此产生的肝脏脂质代谢异常以及肝细胞衰老在这一病理过程中的调节作用。毒理学分析显示，IMI暴露导致小鼠肝功能受损和组织病理学变化（p<0.05），并上调了与衰老相关的蛋白质表达（p<0.05）。机制研究进一步发现，cGAS-STING通路可能介导肝细胞衰老，在HepG2细胞中抑制该通路显著缓解了细胞脂质代谢紊乱和衰老（p<0.05）。本研究的结果表明，IMI在与人相关的暴露水平下具有慢性肝毒性，这强调了基于与人类相关暴露水平进行额外毒理学研究的迫切需求，以全面评估新烟碱类杀虫剂的毒性特征。

引言

血脂异常是指由于人体内脂蛋白代谢异常导致的脂质代谢紊乱，是心血管和脑血管疾病的主要风险因素（2024）。中国血脂管理指南指出，近年来中国人群的血脂水平和血脂异常患病率一直相对较高，其中高胆固醇患者的数量增幅最为显著（2021）。世界卫生组织（WHO）的全球流行病学数据显示，25岁及以上人群的血脂异常患病率为39%（2023）。同时，“健康中国行动（2019-2030）”报告称，18岁及以上居民的血脂异常患病率为40.4%，呈上升趋势（2020）。血脂异常是肥胖、心血管疾病和糖尿病等多种疾病的独立风险因素，严重威胁人类健康。

血脂异常的发生受遗传和环境因素的共同影响；然而，大量现有证据表明环境对健康的影响大于遗传因素（Argentieri等，2025）。农药污染是这些环境问题中尤为突出的一种。近年来，新烟碱类杀虫剂（NEOs）是增长最快的农药类别，占全球农药市场份额的30%以上（Bass等，2015；Wei等，2023）。在中国，已有超过3400种NEOs产品获得注册。吡虫啉（IMI）作为使用最广泛的新烟碱类杀虫剂之一，对人类健康构成了不可忽视的威胁。一项关于中国东部普通居民血浆中新烟碱类杀虫剂浓度与脂质分子关系的研究发现，在9种新烟碱类杀虫剂中，IMI的检出率最高（Chen等，2021）。我们研究小组的初步实验结果表明，IMI对新烟碱类杀虫剂与血脂异常之间的正相关关系贡献最大（Sun等，2023）。体内和体外实验均表明，接触IMI可诱导氧化应激并导致生物体DNA损伤，从而促进异常脂质代谢的发展。对雄性Wistar大鼠口服低剂量吡虫啉（0.06 mg/kg体重/天）28天后发现，大鼠的脂质过氧化显著增加（Kati?等，2021）。为了确定口服IMI是否会加剧高脂饮食（HFD）诱导的肥胖和胰岛素抵抗（IR）在雌性C57BL/6J小鼠中的情况，Sun等人将雌性C57BL/6J小鼠暴露于IMI（0.06 mg/kg体重/天）12周。结果显示，IMI暴露通过AMPKα通路促进了3T3-L1脂肪细胞的脂肪生成分化，并加剧了HFD诱导的肥胖（Sun等，2017）。一项研究调查了IMI灌胃（15 mg/kg体重/天，1/10LD₅₀）7天对小鼠脂质代谢的影响，发现短期高剂量IMI暴露通过诱导氧化应激和破坏脂质及氨基酸代谢导致小鼠肝脏损伤（Wang等，2023）。通过培养3T3-L1脂肪细胞观察到，IMI显著增加了细胞内的总甘油三酯（TG）积累。这证实了IMI在脂质代谢中的作用，增强了脂肪细胞中的脂质积累，并显著上调了参与脂肪细胞分化和脂肪生成的关键调节因子表达（Park等，2013）。上述研究大多集中在短期高剂量暴露上，或仅限于对脂肪组织的影响。此外，还有研究表明IMI会影响肝脏脂质代谢。对大鼠肝脏的研究发现，随着剂量的增加，肝脏出现显著形态变化，伴随肝功能恶化（Qumsani，2024）。Farag等人发现，连续暴露于IMI（22.5 mg/kg体重/天）30天显著升高了肝脏酶、氧化应激标志物和炎症标志物，导致更严重的肝脏损伤（Farag等，2026）。然而，关于长期IMI在与人相关暴露水平下对肝脏脂质代谢的影响及其潜在机制，目前尚未有研究阐明。

最近的研究表明，细胞衰老与血脂异常的发生和发展密切相关。衰老与体内的多种系统功能障碍有关，伴有脂质代谢紊乱和慢性炎症状态。随着年龄的增长，发生血脂异常的风险显著增加（Liu和Li，2015）。研究发现，在喂食高脂饮食的小鼠模型中，肝脏的病理表现为脂肪病变，伴随p16和p21 mRNA表达水平升高（Aravinthan等，2013）。其中一个原因可能是衰老细胞中的线粒体无法正常代谢脂肪酸，导致肝脏脂肪积累和脂肪变性（Lou等，2013）。作为可被环境污染物激活的DNA传感器，cGAS对细胞衰老至关重要（Sharma等，2021）。cGAS-STING信号通路的激活可促进IL-6等炎症因子的分泌，导致SASP并诱导细胞衰老。此外，cGAS-STING通路也与脂质代谢高度相关（Li和Chen，2018）。有报道称，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠的脂肪组织中，cGAS-cGAMP-STING通路被激活，脂肪组织中的cGAS和STING表达显著增加（Bai等，2017）。总之，尽管现有研究已证实cGAS-STING通路可诱导细胞衰老并与脂质代谢密切相关，但cGAS-STING信号通路是否参与介导肝细胞衰老从而影响脂质代谢尚未完全阐明。

本研究旨在探讨在人群相关剂量下IMI暴露是否激活cGAS-STING通路、诱导衰老以及改变小鼠肝细胞中衰老相关标志蛋白的水平。进一步在体外HepG2细胞模型中验证了这一机制。这些发现加深了我们对IMI在非靶标生物体中引起慢性毒性的机制的理解。

动物实验

实验使用了32只SPF级别的雄性C57BL/6N品系小鼠，体重为（10±2 g）。经过1周的环境适应后，将小鼠随机分为每组8只的组。根据之前的人群数据计算出的平均每日摄入量（EDI）值（分别为0.205和7.814 μg/kg体重/天），以及基于人群平均体重和身高得出的体表面积，将小鼠分为低剂量组和高剂量组

IMI暴露导致小鼠脂质代谢紊乱

通过对所有组小鼠的饮水量、食物摄入量和体重进行分析，发现24周IMI暴露期间，暴露组与对照组在饮水量和食物摄入量方面没有显著差异（p>0.05），如图1A和1B所示。然而，从第17周开始，高剂量组小鼠的平均体重逐渐偏离对照组，高剂量组的体重较高

讨论

目前，很少有研究探讨长期IMI暴露对小鼠异常脂质代谢和肝细胞衰老的潜在损害和影响。基于对普通人群暴露监测数据的估计，本研究旨在模拟长期环境或饮食背景下的低水平累积暴露，而不是基于LD₅₀的急性毒性剂量。我们的研究结果表明，在与人相关水平的长期IMI暴露后

结论

在本研究中，我们使用小鼠长期饮用水暴露模型来研究IMI对脂质代谢的影响，并探讨cGAS-STING通路介导的肝细胞衰老的作用。长期暴露于与普通人群相关的IMI剂量会通过激活cGAS-STING通路诱导肝细胞衰老，从而导致肝脏脂质代谢紊乱。cGAS-STING信号通路抑制剂RU.521可以缓解IMI引起的脂质异常

CRediT作者贡献声明

贾金浩：研究。 白泽阳：写作 – 审稿与编辑。 李晓宇：监督。 傅家明：数据管理。 李红辉：写作 – 初稿撰写，监督，研究，正式分析，概念化。 孙健：写作 – 初稿撰写，监督，研究，正式分析，概念化。 熊丽萌：写作 – 审稿与编辑。 杨慧芳：写作 – 初稿撰写，监督，研究，正式分析，概念化。 田雪燕：方法学。 吴冰：

未引用参考文献

WHO指南由指南审查委员会批准，2023年。

数据可用性

数据将按需提供。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（82460631和U22A20360）、宁夏自然科学基金项目（2025AAC020074和2024AAC03772）、宁夏回族自治区重点研发计划项目（2024FRD05106和2023BEG02028）、宁夏医科大学的特别人才启动资金（XT2024004）、中国科学院的“西部之光”人才培养计划项目（XAB2022YW18）的支持

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究的所有作者感谢所有在研究过程中提供帮助的人。