内质网应激诱导的CHOP激活在BDE-47引起的认知功能障碍中通过NLRP3炎性小体介导的焦亡（pyroptosis）发挥作用

《NeuroToxicology》：Endoplasmic reticulum stress-induced CHOP activation mediates NLRP3 inflammasome-dependent pyroptosis in BDE-47-induced cognitive dysfunction

BDE-47通过激活ER应激-CHOP-NLRP3炎症小体轴引发神经元凋亡和认知障碍，干预ER应激或NLRP3通路可缓解损伤。

　　

全员名单：袁全|张瑞|胡俊|林思曼|朱颖|耿俊宏|杜戈|杨晓|赵一平|王东梅|王斌斌|范华

中国河南省洛阳市荣康医院

摘要

近期研究揭示了内质网（ER）应激与NLRP3炎性体之间的显著关联。先前的研究已经证明，NLRP3炎性体的激活会加剧BDE-47引起的细胞毒性，而内质网应激也被认为在溴化二苯醚（BDEs）的毒性作用中起中介作用。然而，内质网应激与NLRP3炎性体之间的复杂相互作用，以及它们在BDE-47暴露后对神经元焦亡和认知缺陷的共同影响，仍然尚未得到充分探索。我们的研究结果显示，经过BDE-47处理的小鼠海马区和SH-SY5Y细胞存在明显的内质网应激，这通过关键内质网应激标志物（包括p-PERK、p-IRE1α、ATF6和CHOP）的表达显著升高得到证实，并伴有内质网扩张的现象。进一步的机制研究表明，BDE-47诱导的CHOP上调激活了NLRP3炎性体，从而触发了SH-SY5Y细胞的神经元焦亡。值得注意的是，使用内质网应激抑制剂4-PBA或CHOP siRNA干预可以有效抑制BDE-47诱导的、依赖于NLRP3炎性体的神经元焦亡。此外，给予内质网应激抑制剂4-PBA或NLRP3炎性体抑制剂MCC950显著减轻了BDE-47暴露小鼠的海马神经元损伤和突触功能障碍，同时改善了其认知缺陷。综合分析我们的实验数据，揭示了BDE-47诱导的神经毒性的新机制，表明针对内质网应激介导的NLRP3炎性体激活及其引发的神经元焦亡可能成为改善BDE-47相关神经行为障碍的潜在治疗策略。

引言

多溴化二苯醚（PBDEs）是一类广泛用于各种应用中的阻燃剂，包括电子设备、建筑材料、塑料和纺织品。在已鉴定的209种PBDE同系物中，2,2’,4,4’-四溴二苯醚（BDE-47）是最常在生物样本和环境样本中检测到的同系物，主要积聚在脑、肝、肾和脂肪组织中。人类流行病学研究强调了BDE-47暴露与儿童多种运动行为和认知缺陷之间的强相关性（Chen等人，2014年；Eskenazi等人，2013年）。此外，实验性啮齿动物研究进一步证实，BDE-47暴露会导致C57BL/6小鼠和Sprague-Dawley大鼠的海马依赖性认知和记忆障碍（Zhuang等人，2017年；Li等人，2019年）。因此，预防和治疗BDE-47引起的神经损伤已成为一个重要的公共卫生问题。

BDE-47治疗相关技术和药物的研发在很大程度上取决于对其影响组织损伤的分子机制的理解。然而，BDE-47的毒理学效应及其导致神经损伤的潜在机制仍不完全清楚。内质网（ER）是真核细胞中负责蛋白质合成、折叠和运输的主要细胞器（Kaufman，2004年；Tabas和Ron，2011年）。不同的病理因素，如氧化应激、钙失衡和高脂血症，会破坏内质网稳态，表现为内质网腔内错误折叠或未折叠蛋白质的积累，从而引发内质网应激（Dandekar等人，2015年；Ozcan和Tabas，2016年）。同时，错误折叠蛋白质的持续积累会引发一种称为未折叠蛋白反应（UPR）的补偿机制（Lan等人，2019年；Wang和Kaufman，2014年），这一机制对于维持内质网平衡和通过修复蛋白质折叠缺陷来维持细胞功能至关重要（Wu等人，2023年）。适当的内质网应激可以恢复内质网稳态，使生物体能够适应不利的环境变化。然而，强烈且持续的内质网应激加上受损的UPR信号传导可能导致多种疾病，包括阿尔茨海默病（AD）（Duran-Aniotz等人，2017年）、帕金森病（PD）（Wang和Takahashi，2007年）和朊病毒疾病（Torres等人，2015年）。先前的研究已经确定，UPR由三种关键跨膜蛋白调节：PERK（RNA激活的蛋白激酶样ER激酶）、ATF6（激活转录因子6）和IRE1α（肌醇依赖性蛋白1α）（Chen和Cubillos-Ruiz，2021年）。新证据表明，内质网应激与BDE-47暴露引起的多种毒性效应有关，包括甲状腺毒性（Li等人，2018年）、肝毒性（Zhang等人，2015年）和生殖毒性（Shaoyong等人，2022年）。尽管如此，内质网应激在BDE-47诱导的神经认知障碍中的具体作用仍需进一步研究。

焦亡是一种新近被认识的程序性细胞死亡类型，其形态学特征是细胞肿胀和膜破裂，主要由NLR家族含pyrin结构域的3（NLRP3）炎性体触发。许多研究强调了NLRP3炎性体驱动的神经元焦亡在多种神经系统疾病病理生理学中的作用，包括中风（Abulafia等人，2009年）、败血症（X. Xu等人，2019年）、阿尔茨海默病（Venegas等人，2017年）和创伤性脑损伤（Adamczak等人，2014年）。在我们之前的研究中，我们观察到BDE-47刺激会诱导神经元中NLRP3炎性体驱动的焦亡（Wang等人，2023年）。最新研究表明，内质网应激也可能促进NLRP3炎性体的激活，进而引发焦亡（Jin等人，2021年；Zhou等人，2020年）。然而，内质网应激是否激活NLRP3炎性体及其在BDE-47诱导的神经元焦亡和认知障碍中的具体作用仍有待阐明。

动物和实验处理

从河南Skbex生物技术有限公司获得了6-8周大的雄性C57BL/6小鼠，这些小鼠在12小时光照/黑暗周期的环境中饲养，温度为23 ± 1°C。小鼠可以自由获取清洁水和标准啮齿动物饲料。所有实验程序均获得了河南科技大学第一附属医院医学伦理委员会动物实验伦理审查小组的批准。小鼠被分为六组

BDE-47暴露导致小鼠海马区的内质网应激

为了初步评估BDE-47对体内内质网应激激活的剂量-反应效应，小鼠被暴露于逐渐增加剂量的BDE-47（5、10和20 mg/kg）8周。如图1A所示，包括p-PERK（Thr980）、p-IRE1α（Ser724）、ATF6和CHOP在内的内质网应激标志物表达显著上调，且这种上调具有剂量依赖性。在测试的剂量中，20 mg/kg的BDE-47引起了最强烈的内质网应激反应（p < 0.01）。基于这些结果，20 mg/kg的BDE-47被确定为最佳剂量

讨论

我们的研究结果显示，经过BDE-47处理的小鼠海马区和SH-SY5Y细胞存在明显的内质网应激。在BDE-47刺激下，CHOP的上调激活了SH-SY5Y细胞中的NLRP3炎性体介导的焦亡。重要的是，抑制内质网应激或NLRP3炎性体显著减轻了BDE-47暴露小鼠的海马神经元损伤和突触功能障碍，同时改善了认知缺陷。这些发现确定了内质网应激-CHOP-NLRP3信号通路在其中的关键作用

结论

总体而言，我们的研究结果为BDE-47诱导的神经毒性提供了重要进展，表明通过调节CHOP介导的NLRP3炎性体依赖的神经元焦亡，可能具有治疗BDE-47相关神经毒性和认知缺陷的临床疗效。

作者贡献声明

张瑞：项目管理、研究、数据管理。范华：监督、项目管理、资金筹集。袁全：写作——审稿与编辑、初稿撰写、研究、资金筹集、数据管理。赵一平：研究、数据管理。杨晓：研究。王斌斌：项目管理、正式分析、数据管理、概念构思。王东梅：写作——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。朱颖：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了河南省科技研发项目（项目编号252102310282、262102310195）、河南省科技研发联合基金（项目编号242103810034）、洛阳市公益产业研究计划项目（项目编号LY26102256）、河南省医学科学创新“三百计划”（HNCMS202437）以及河南省青年和中老年健康科学技术创新领军人才培训计划的支持