《Journal of Environmental Sciences》：Impairment of pentose phosphate pathway mediates 6-PPD quinone-induced neurotoxicity by inhibiting NADPH-dependent antioxidant defense
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6-PPD quinone通过抑制磷酸戊糖途径导致线虫NADPH减少和抗氧化防御受损，从而引发神经毒性，RNAi验证了关键酶基因gspd-1和T25B9.9的作用。
Xin Wan|Geyu Liang|Dayong Wang
教育部环境医学工程重点实验室，东南大学公共卫生学院，南京 210009，中国
摘要
6-PPD醌（6-PPDQ）是N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-p-苯二胺（6-PPD）与环境臭氧反应后的衍生物。戊糖磷酸途径（PPP）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）的主要来源。然而，PPP紊乱与6-PPDQ神经毒性之间的关联仍不清楚。在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中，我们首次研究了PPP衍生的NADPH在控制6-PPDQ神经毒性中的作用。暴露于0.1-10 μg/L的6-PPDQ会降低NADPH水平，并抑制编码PPP相关酶的gspd-1和T25B9.9的表达。同时，6-PPDQ会抑制NADPH依赖的抗氧化防御机制，这表现为谷胱甘肽（GSH）含量减少和H?O?水平升高。此外，6-PPDQ还降低了谷胱甘肽过氧化物酶基因（gpx-1、gpx-2、gpx-3、gpx-4、gpx-5和gpx-6）的表达。gspd-1、T25B9.9以及谷胱甘肽过氧化物酶基因的RNA干扰（RNAi）加剧了6-PPDQ引起的运动抑制和D型神经元退化。而且，这些基因的RNAi增强了6-PPDQ暴露线虫中与神经退化相关的基因（deg-3、crt-1、itr-1和tra-3）的活性，并抑制了与应激反应相关的基因（jnk-1、glb-10和dbl-1）的表达。因此，我们的结果表明6-PPDQ可能通过干扰PPP来增强对NADPH依赖的抗氧化防御的损害，从而导致线虫的神经毒性。
引言
N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-p-苯二胺（6-PPD）是一种轮胎抗氧化剂，与臭氧反应后可以转化为6-PPD醌（6-PPDQ）（Datta等人，2007年；Tian等人，2021年）。6-PPD可以通过不同的化学途径转化为6-PPDQ（Hua和Wang，2023年）。6-PPDQ在不同环境中经常被检测到，包括水生和大气环境（Yan等人，2024年；Zhou等人，2024年；Zhang等人，2025年）。在水生环境中，6-PPDQ的报告环境相关浓度（ERCs）范围从ng/L到数十μg/L（Cao等人，2022年；Rauert等人，2022年；Wan等人，2024年）。暴露于6-PPDQ可能会对生物体造成多方面的毒性影响，包括环境生物（Chen等人，2023年；Jiang等人，2024年；Yi等人，2025年）。在哺乳动物中，6-PPDQ可以在多种组织和器官中积累，最终引发相应的毒性（Zhao等人，2023年；Yao等人，2024年；Zhang等人，2024年）。6-PPDQ还可以在人类生物样本中被检测到，表明其对人类健康的暴露风险（Du等人，2022年；Liang等人，2024年；Song等人，2024a）。大脑被认为是6-PPDQ的作用靶器官（He等人，2023年；Zhang等人，2024年）。6-PPDQ暴露后可以观察到多种神经毒性表现（Ma等人，2024年，2025年；Yang等人，2025年），并且6-PPDQ神经毒性的诱导与某些代谢过程的紊乱有关，如能量代谢（Fang等人，2024年）。
秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是阐明污染物毒理学机制的重要模式动物（Wang，2019年；Martins等人，2023年；Wu等人，2024a）。秀丽隐杆线虫对环境污染物具有高度敏感性（Wang，2022年），因此适用于评估污染物在ERCs下的毒性（Liu等人，2023年；Shang等人，2024年；Qu等人，2024年；Wu等人，2025a）。在线虫中，暴露于ERCs的6-PPDQ会引起多种毒性效应，包括寿命缩短（Hua和Wang，2025a）、肠道屏障功能障碍（Song等人，2024b）、生殖腺发育异常（Liu等人，2025）以及运动抑制（Wang等人，2025b）。转基因品系的可用性（例如，神经元特异性GFP报告基因）使得能够可视化污染物引起的神经元损伤以及6-PPDQ引起的神经退行性改变和运动抑制（Hua等人，2023年）。此外，秀丽隐杆线虫代谢途径的进化保守性为评估污染物引起的代谢紊乱提供了可靠的平台（Watts和Ristow，2017年）。暴露于6-PPDQ可能会干扰氨基酸（Wang等人，2025c）、维生素D3（Wu等人，2025b）、电子传递链（Hua和Wang，2025b，2025c）和柠檬酸循环（Wan等人，2025）的代谢。一些代谢紊乱可以在6-PPDQ暴露线虫的后代中观察到（Liu等人，2024a；Wang等人，2025a）。
戊糖磷酸途径（PPP）通过其氧化阶段生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）来调节细胞氧化还原平衡（TeSlaa等人，2023年）。在神经系统中，持续的NADPH供应有助于清除活性氧（ROS）并修复大脑中的氧化损伤（Terzi和Suter，2020年）。在哺乳动物中，观察到NADPH对缺血性中风期间的大脑损伤和应激具有保护作用（Zhou等人，2018年；Zhu等人，2020年；Wang等人，2022年）。一些污染物，如铬绿石和百草枯，通过干扰PPP引起氧化应激（Riganti等人，2002年；Lei等人，2014年）。然而，PPP紊乱在介导6-PPDQ神经毒性中的作用仍不清楚。
氧化PPP过程包含三个不可逆的酶促步骤，其中第一步和第三步生成NADPH——这是细胞抗氧化防御系统的关键组成部分（图1a）。GSPD-1（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）和T25B9.9（6-磷酸葡糖酸脱氢酶）是控制PPP中NADPH生成的酶（图1a）。我们假设6-PPDQ可能通过干扰PPP的氧化阶段来引起神经毒性。因此，我们旨在研究6-PPDQ对PPP途径的影响及其与神经毒性诱导的关联。我们的数据表明，6-PPDQ暴露不仅损害了NADPH的生成，还扰乱了下游的氧化还原平衡。我们的发现强调了6-PPDQ暴露在扰乱PPP方面的风险，这与生物体的神经毒性诱导有关。
动物维持
本研究中使用了野生型N2、TU3401[sid-1(pk3321]；[pCFJ90(myo-2p::mCherry)+unc-119p::sid1]和EG1285[unc-47p::GFP+lin-15(+)]（一种GABA能神经系统标记菌株）。线虫在含有Escherichia coli OP50的线虫生长培养基（NGM）琼脂板上培养。通过用含有2% HOCl和0.45 mol/L NaOH的裂解液处理怀孕的成虫来释放卵子，然后将卵子培养在新鲜准备的NGM板上。
暴露于6-PPDQ会干扰PPP中NADPH的生成
暴露于0.1-10 μg/L的6-PPDQ后，NADPH含量降低（图1b）。同时，6-PPDQ降低了gspd-1和T25B9.9的表达（图1c）。此外，gspd-1和T25B9.9的RNAi降低了6-PPDQ暴露线虫中的NADPH含量（图1d）。同时，1-10 μg/L的6-PPDQ抑制了G6PDH酶的活性（附录A 图S4）。在PPP中，Y57G11C.3是6-磷酸葡糖内酯酶。然而，Y57G11C.3的表达不受6-PPDQ的影响（图1c）。
gspd-1和T25B9.9的RNAi增强了6-PPDQ的神经毒性
暴露于6-PPDQ可能
讨论
最近，由于6-PPDQ在各种环境基质中的频繁检测及其对生物体的毒性作用，它受到了越来越多的关注（Chen等人，2023年；Zoroufchi Benis等人，2023年）。6-PPDQ对人类可能的健康风险主要来自直接的环境暴露或食物摄入（Zhang等人，2024年）。在线虫中，6-PPDQ在ERCs下会干扰某些代谢过程，如胆固醇代谢和柠檬酸循环（Wang等人，2025e；Wan等人，2025年）。
结论
总体而言，暴露于ERCs的6-PPDQ抑制了生成NADPH的酶基因（gspd-1和T25B9.9）的表达，从而降低了6-PPDQ暴露线虫中的NADPH含量。GSH含量的同时减少和H?O?水平的升高，以及谷胱甘肽过氧化物酶基因的下调，表明6-PPDQ暴露线虫的抗氧化防御系统受到损害。RNAi干扰了PPP中生成NADPH的酶基因
CRediT作者贡献声明
Xin Wan：撰写——原始草稿，研究。
Geyu Liang：监督。
Dayong Wang：撰写——审阅与编辑，监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
