整合转录组-代谢组分析揭示了联合毒性的减弱:三种热加工污染物在小鼠肾脏-尿液系统中的拮抗作用

《Food and Chemical Toxicology》:Integrated transcriptome-metabolome analysis reveals attenuated combined toxicity: Antagonistic interactions of three thermal processing contaminants in murine kidney-urine systems

【字体: 时间:2026年03月01日 来源:Food and Chemical Toxicology 3.5

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  氧化甘油三酯、醛类及3-MCPDE的协同毒性机制研究,通过转录组-代谢组联合分析揭示肾脏病理损伤与代谢网络紊乱,发现混合暴露较单独暴露毒性减弱,提示拮抗作用存在。

  
张淼|王晨旭|朱琳|朱汉书|张雅琼|余亮丽(Lucy)|高博彦
上海交通大学农业与生物学院食品与营养科学研究所,中国上海200240

摘要

为了研究氧化三酰甘油、醛类以及高脂肪食品热加工过程中产生的3-MCPDE在单独或联合亚慢性暴露下的毒理学效应,本研究对昆明小鼠的肾脏组织进行了转录组-代谢组分析,并结合尿液代谢组学研究。转录组分析显示PI3K-Akt信号通路受到干扰,而代谢组学及综合分析则发现甘油磷脂代谢出现紊乱。尿液代谢组学结果进一步证实了肾脏功能障碍,表现为色氨酸和嘌呤代谢的改变。结果表明,这三种有毒物质共同作用会引发涉及肾脏、肝脏甚至神经系统的多器官代谢网络紊乱。与单独暴露相比,联合暴露时的毒性效应较弱,这提示需要进一步探讨其潜在的拮抗机制。这些发现为高脂肪食品中热诱导有毒物质的共暴露毒性和相互作用机制提供了重要见解,为制定安全法规提供了毒理学依据。

引言

高脂肪饮食被广泛认为是一种健康风险因素,会导致肥胖和多种代谢性疾病,如动脉粥样硬化、非酒精性脂肪肝病、慢性肾病(CKD)等(Xiao, Gong, Qi, Shao, & Jiang, 2024)。长期摄入高脂肪饮食与脂质过量摄入导致的体重增加,或高脂肪食品热加工过程中产生的食物毒素的毒性作用之间存在密切关联(Roefs & Jansen, 2002; Yuan, Jiang, Cao, Liu, & Xu, 2020)。这些食物毒素包括杂环胺、丙烯酰胺、多环芳烃、氧化三酰甘油(ox-TGs)、醛类和3-氯丙烷-1,2-二醇酯(3-MCPDE)等,它们各自的毒理学特性及相关健康风险已受到广泛关注(Alexander et al., 2016; Yuan et al., 2020; Zahir, Khan, Nasim, Azizi, & Azi, 2024)。在实际情况下,人体暴露于这些毒素并非单一物质,而是结构多样的污染物混合物,这些混合物共同产生协同毒性作用(Mancini, Frenoy, Fiolet, Fagherazzi, & Crépet, 2021)。这在热加工的高脂肪食品中尤为明显,因为自由基会同时催化生成三种结构不同的有毒物质:ox-TGs、活性醛类和3-MCPDE。了解这些共生成有毒物质的混合毒性对于制定基于证据的消除策略和监管政策至关重要(van den Berg & Birnbaum, 2023)。
我们之前的研究评估了昆明小鼠单独或联合暴露于这些有毒物质后的毒理学效应,包括器官指标、血液生化参数、血清代谢组学以及肝脏组织病理学、代谢组学和转录组学的分析(Wang et al., 2024; Zhang et al., 2025)。结果表明,单独暴露于ox-TGs会导致嘌呤代谢、PPAR信号通路、胆汁酸代谢及其他代谢调节途径的异常,进而引发脂质代谢紊乱、脂肪堆积、体重增加以及血脂和血糖水平升高(Wang et al., 2024; Zhang et al., 2025)。而联合暴露于这三种有毒物质时,各成分的不良反应趋于减弱或消失,整体毒性降低(Wang et al., 2024; Zhang et al., 2025)。这种多毒素共暴露的潜在拮抗效应对于改进高脂肪食品的风险评估策略至关重要。初步测试还发现,单独暴露与混合暴露对肾脏和尿液的毒性影响存在差异,这体现在血清肌酐和尿素氮等关键生理参数的变化上(Baum, Dichoso, & Carlton, 1975)。这些观察结果强调了在单独或联合暴露条件下进一步研究这些有毒物质的肾脏清除机制和尿液排泄特征的必要性,这可能有助于揭示它们的差异性毒性模式。
在本研究中,我们采用了组织学、转录组学和代谢组学方法,综合分析了单一有毒物质或其混合物对肾脏和尿液的影响,以更深入地理解ox-TGs、醛类和3-MCPDE之间的毒理相互作用和机制,为热加工高脂肪食品的健康风险评估提供新的视角。

化学试剂

用于制备亚急性毒理学研究的氧化三酰甘油(ox-TG)饮食的油酸甘油三酯(纯度>45%)购自日本TCI公司。4-羟基-2-己烯醛(4-HHE)和4-羟基-2-壬烯醛(4-HNE)以乙醇(10 mg/mL)的形式购自美国密歇根州的Cayman公司。1,1,3,3-四乙氧基丙烷(TEP)购自美国密苏里州的Sigma-Aldrich公司,用于根据中华人民共和国国家标准GB 5009.181-2016制备丙二醛(MDA)储备溶液。3-MCPDE的合成方法见...

结果与讨论

先前的研究已证实肾脏是3-MCPDE毒性的主要靶器官,本研究的血清生物学结果也表明ox-TGs和3-MCPDE具有潜在的肾毒性,表现为尿素和肌酐水平升高以及尿酸浓度降低(Bakhiya, Abraham, Gürtler, Appel, & Lampen, 2011; Wang et al., 2024)。为进一步阐明肾毒性机制及其相互作用...

结论

总之,本研究探讨了高脂肪食品热加工过程中产生的三种污染物(ox-TGs、醛类和3-MCPDE)在昆明小鼠中单独或联合亚慢性(90天)暴露下的肾脏和尿液毒性。单独暴露于ox-TGs或3-MCPDE会导致显著的肾脏病理损伤,包括3-MCPDE组雄性小鼠的炎症细胞浸润和肾小球充血,以及ox-TG组的小管病变。我们的转录组分析...

作者贡献声明

余亮丽:研究指导。张雅琼:方法学设计、实验实施。朱汉书:数据分析。朱琳:数据验证、实验设计。王晨旭:实验实施、数据分析。张淼:初稿撰写、方法学设计、实验设计、数据分析。高博彦:论文撰写、审稿与编辑、研究指导、资金争取、概念构思

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(项目编号:32272426)的资助。
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