对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）进行的全面脂质组学研究揭示，Rotenone（鱼藤酮）暴露会引发由氧化还原反应驱动的脂滴积聚、全身脂质组紊乱以及与帕金森病相关的代谢优先级改变

罗丹酮慢性暴露通过脂质组学分析揭示了果蝇脑和周围组织代谢对话紊乱，导致心磷脂和磷脂酰乙醇胺异常，并伴随脂滴积累和氧化应激。NAC和L-DOPA干预有效恢复脂质稳态。

　　

阿舒托什·K·蒂瓦里（Ashutosh K. Tiwari）|普里娅·拉托尔（Priya Rathor）|拉金德拉·帕特尔（Rajendra Patel）|帕万·库马尔·贾（Pawan Kumar Jha）|尼克·伯斯（Nick Birse）|拉特纳塞卡哈尔·CH（Ratnasekhar CH）

代谢组学实验室，CSIR-中央药用与芳香植物研究所（CIMAP），印度勒克瑙-226015

摘要

随着全球农药使用量的增加和人口老龄化，人们对神经退行性疾病风险和大脑健康的担忧日益加剧，尤其是像鱼藤酮这样的环境毒素被视为重大危害。尽管大脑作为富含脂质的器官具有独特的脆弱性，但长期接触鱼藤酮对脂质稳态的代谢影响仍不明确。在此，我们使用黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）作为已建立的环境毒理学模型，系统地分析了鱼藤酮引起的脂质组变化。通过高分辨率、非靶向的Orbitrap HRAMS脂质组学技术，我们发现了线粒体脂质（包括心磷脂（CL）和磷脂乙醇胺（PE）的广泛破坏，以及甘油脂类（如二甘油酯（DG）和甘油三酯（TG）的重大变化。值得注意的是，我们的研究揭示了以前未描述的、特定于组织的PE和醚连接PE（PE-O）物种的重塑，这表明线粒体与过氧化物酶体之间的代谢相互作用受损——这是维持细胞氧化还原平衡的关键过程。我们还观察到单不饱和脂肪酸的增加和脂滴的积累，同时大脑与外周组织之间的脂质和脂肪酸代谢协调受到干扰，从而建立了一个新的环境脂质组破坏的生物标志物轴。使用NAC和L-DOPA进行靶向干预后，脂质稳态和线粒体功能得到了恢复，这突显了长期接触农药的系统性风险以及新的治疗干预途径。

引言

随着全球人口老龄化程度的增加，神经退行性疾病的发病率上升，人们对环境因素对大脑健康影响的担忧也日益加剧（世界卫生组织，2024年）。农药越来越多地被认为是导致神经退行性疾病的因素，影响细胞功能和大脑完整性。其中，鱼藤酮是一种被广泛研究且与环境相关的农药，与神经退行性疾病有关（Tat等人，2024年）。鱼藤酮是一种生物农药，是一种天然存在的亲脂分子，来源于某些热带和亚热带植物的根和茎，如龙脑香属（Lonchocarpus）和德里斯属（Derris）的植物。它被广泛用于农业中以提高作物产量（Li等人，2023a）。由于其天然的杀虫特性，鱼藤酮的使用在全球范围内不断扩大，尤其是在有机农业系统中。它还用于控制淡水生态系统中的入侵物种和管理鱼类种群（Tat等人，2024年）。其主要作用机制是抑制线粒体复合物I，导致ATP耗尽并使目标昆虫死亡（Li等人，2023a；Xu等人，2024年）。

最初，鱼藤酮被认为是合成农药的安全替代品，但其在环境中的广泛影响以及对人类和非目标生物的非选择性毒性已成为日益关注的问题（Kotsyuba和Dyachuk，2024年；Grisotto等人，2025年）。世界卫生组织（WHO）将鱼藤酮列为第二类有害农药，美国环境保护署（USEPA）限制其在水体中的使用，并在娱乐区和污水区域设置了更严格的限制（美国，2020年）。即使在低浓度下，鱼藤酮也会对多种生物产生不利影响，包括有益昆虫、水生生物和陆地野生动物（Tat等人，2024年；Xu等人，2024年；Grisotto等人，2025年）。近年来，长期接触鱼藤酮的潜在长期健康影响已成为一个关键关注点（Kotsyuba和Dyachuk，2024年；Grisotto等人，2025年）。

人类接触鱼藤酮可能通过皮肤接触、吸入或摄入受污染的水和食物发生。鱼藤酮在水果和蔬菜中的残留物分解缓慢，通常超过监管阈值（Tat等人，2024年；Tanner等人，2011年）。加工过的蔬菜中的鱼藤酮含量可能比新鲜农产品高4.8倍，这突显了食物和水源的暴露风险。流行病学研究表明，接触鱼藤酮与帕金森病（PD）有关，农业工人、农药施用者以及生活在高剂量处理区域附近的人群患PD的风险显著增加（Pouchieu等人，2018年；Balestrino和Schapira，2020年）。美国农业健康研究（AHS）报告称，使用鱼藤酮的人群患PD的风险增加了2.5倍，且疾病风险与暴露时间相关（Tanner等人，2011年）。同样，法国的AGRICAN队列研究显示，接触包括鱼藤酮在内的农药使PD风险增加了1.6倍（Pouchieu等人，2018年）。

这些将鱼藤酮与神经退行性疾病联系起来的证据对健康、职业安全和环境政策具有重大意义（美国，2020年；Tanner等人，2011年；Pouchieu等人，2018年；Balestrino和Schapira，2020年）。最近，USEPA指出了鱼藤酮带来的重大环境健康风险，强调了需要进行全面的环境风险评估，重点关注人类和生态健康（美国，2020年）。在这种情况下，非人类模型系统是不可或缺的，它们使研究人员能够研究鱼藤酮诱导的病理机制，并识别在人类身上难以研究的生物标志物。最近的动物模型研究表明，鱼藤酮引起的病理变化在人类临床情况中得到了准确反映（Van Laar等人，2023年）。此外，最新证据表明，斑马鱼在早期发育阶段接触鱼藤酮会导致外周肌肉改变，从而引发类似PD的病理变化（Ranasinghe等人，2024年）。

大脑组织在鱼藤酮相关毒性中起着核心作用。尽管大脑富含脂质，且脂质对神经元功能至关重要，但对鱼藤酮对大脑脂质代谢的系统影响的全面表征仍然有限，这是理解鱼藤酮诱导的神经毒性的一个关键空白。除了大脑外，越来越多的临床和实验证据表明，农药毒性是一种系统性疾病，具有显著的外周表现，包括进行性骨骼肌功能障碍和循环代谢物的改变（Ranasinghe等人，2024年；Valadas等人，2018年）。这强调了研究中枢和外周组织之间脂质协调和代谢相互作用的重要性。将鱼藤酮视为一种系统性毒素，研究其对周围组织的影响同样重要，因为代谢紊乱和脂质失调可能导致更广泛的病理生理变化。尽管代谢应激中的脂质失调已被认识到，但目前尚无关于鱼藤酮对大脑和外周组织脂质代谢系统影响的报告，以及这些变化如何在器官之间协调。更具体地说，迄今为止尚未有关于鱼藤酮暴露模型中大脑和外周组织全面表征的报告，这将揭示组织间的脂质通信和协调。此外，与慢性体内鱼藤酮暴露相关的特定脂质生物标志物也大多尚未明确。此外，作为线粒体复合物I抑制剂的鱼藤酮已知会干扰电子传输并增加活性氧（ROS），但这些干扰如何影响大脑脂质代谢仍不清楚。因此，我们的研究通过进行鱼藤酮暴露动物的系统脂质组分析来填补这一关键空白，这对于识别环境风险生物标志物和理解驱动PD进展的脂质稳态破坏至关重要。

在这里，我们假设长期接触鱼藤酮与代谢稳态紊乱有关，其特征是氧化还原失衡和脂质组重塑，这些变化与神经行为障碍和帕金森病表型同时发生。我们使用黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）作为与人类具有高度遗传和代谢同源性的成熟模型生物，对鱼藤酮引起的毒性进行了系统性的脂质组分析，整合了大脑和外周组织。

我们首次提供了全面的系统脂质组分析，证明了大脑脂滴积累和脂质稳态破坏是鱼藤酮环境毒性的显著特征，超出了神经退行性疾病的范畴。利用最先进的非靶向液相色谱-高分辨率准确质谱（LC-HRAMS）脂质组学技术，我们系统地绘制了鱼藤酮引起的脂质组变化图谱。我们发现了心磷脂（CL）、磷脂乙醇胺（PE）、二甘油酯（DG）和甘油三酯（TG）的显著变化，这些脂质类别与线粒体功能和膜完整性密切相关。我们的研究揭示了鱼藤酮暴露后磷脂乙醇胺（PE）和醚连接PE（PE-O）脂质的组织特异性重塑，表明通常调节氧化应激的过氧化物酶体-线粒体代谢相互作用受到破坏。这些脂质变化为鱼藤酮引起的细胞氧化还原稳态受损提供了有希望的生物标志物。值得注意的是，大脑和外周组织之间脂质类别的相关性破坏揭示了在鱼藤酮压力下系统脂质协调的丧失。为了揭示机制基础，我们使用了氧化还原调节剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）和多巴胺前体L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA）进行了药理学干预研究。此外，我们还评估了行为缺陷和神经化学变化，将分子脂质组破坏与这一模型系统中的功能结果联系起来。这些发现重新定义了鱼藤酮暴露的风险，并确定了与农药引起的系统毒性相关的新脂质代谢生物标志物和治疗靶点。

部分摘录

化学物质和试剂

鱼藤酮（纯度>99%；东京化学工业公司，日本），乙腈（Optima LC-MS级，Sigma Aldrich），甲醇，乙醇，异丙醇（LC-MS级，Sigma Aldrich，美国密苏里州圣路易斯），超纯水（LC-MS级，Sigma Aldrich，美国密苏里州圣路易斯），磷酸钠（NaHPO₃）（Sigma Aldrich，美国密苏里州圣路易斯），4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙烷磺酸（HEPES），月桂基硫酸钠（SDS）和AChE测定试剂盒均购自Thermo Fisher

鱼藤酮在黑腹果蝇（D. melanogaster）中诱导行为缺陷和多巴胺能神经退行性变

我们首先使用一种常用的测试方法评估了长期鱼藤酮暴露对黑腹果蝇（D. melanogaster）行为的影响，该方法用于评估与神经发育障碍的表型一致性（图1A，Paradis等人，2022年）。通过饮食暴露给予三种不同浓度的鱼藤酮（125、250和500 μM），以代表不同的慢性剂量。在负向趋地性测试中，大量暴露于鱼藤酮的果蝇在30秒内未能爬升15厘米

讨论

越来越多的人认识到环境毒素是生物健康的重要调节因素，这要求对其系统效应进行全面评估。尽管鱼藤酮作为帕金森病研究的模型化合物已被广泛使用，但其作为农药的广泛存在带来了广泛的、尚未充分探索的健康风险。现有研究往往仅关注经典的神经退行性结果，而忽视了可能发生的复杂脂质代谢重编程

结论

本研究提供了全面的证据，表明长期鱼藤酮暴露通过线粒体功能障碍和氧化应激在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中破坏了脂质稳态。这项工作加深了对环境线粒体毒素的理解，提供了新的脂质组生物标志物和机制见解。我们发现了鱼藤酮诱导的黑腹果蝇大脑中脂滴积累的增加。我们揭示了线粒体特异性PE脂质的显著变化

CRediT作者贡献声明

拉特纳塞卡哈尔（Ch Ratnasekhar）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，资金获取，数据管理，概念化。帕万·库马尔·贾（Pawan Kumar Jha）：撰写 – 审稿与编辑，验证，软件，资源，正式分析。尼克·伯斯（Nick Birse）：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，软件，方法学。普里娅·拉托尔（Priya Rathor）：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，软件

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本研究报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

拉特纳塞卡哈尔（Ratnasekhar CH）感谢印度医学研究委员会（ICMR）和DBT（BT-RLF-Reentry-21-2020）提供的研究资助，以及Ramalingaswami再进入奖学金计划的支持。我们还感谢CSIR-CIMAP提供的高通量仪器设施。阿舒托什·库马尔·蒂瓦里（Ashutosh Kumar Tiwari）得到了DBT奖学金的支持。普里娅·拉托尔（Priya Rathor）得到了UGC-SRF奖学金的支持。我们还要感谢CIMAP主任提供的设施和基础设施。尼克·伯斯（Nick Birse）也表达了感谢