《Toxicology and Applied Pharmacology》：Sodium fluoride induces cardiotoxicity via TGF-β-mediated suppression of the Wnt/β-catenin signaling pathway
编辑推荐：
NaF通过抑制Wnt/β-catenin通路和激活TGF-β通路引发心肌细胞毒性，表现为增殖抑制、凋亡、氧化应激、线粒体功能障碍及炎症反应，并经rat模型验证其机制，为氟心脏毒性防治提供理论依据。
Jinyang Cheng|杨柳|李彦菊|杨波|徐阳|陈晓旭|周颖|李冰冰|刘彦清|王飞卿|唐东欣
中国贵州省贵阳市贵州中医药大学第一附属医院临床医学研究中心
摘要
本研究旨在阐明TGF-β介导NaF诱导的心脏毒性的具体机制，重点关注其在Wnt/β-连环蛋白信号通路中的调控作用。我们通过CCK-8、结晶紫染色和EdU检测方法评估了NaF对AC16心肌细胞的细胞毒性；利用流式细胞术检测细胞周期进展和凋亡；并使用荧光探针、酶促检测、RT-qPCR和Western Blot方法系统地分析了活性氧（ROS）水平、线粒体功能、氧化应激、炎症和相关基因的表达。进一步在大鼠模型中验证了NaF的心脏毒性机制。NaF通过抑制Wnt/β-连环蛋白通路并激活TGF-β信号通路，导致AC16心肌细胞增殖抑制、细胞周期停滞和凋亡。这些变化进一步加剧了氧化应激、线粒体功能障碍和炎症。在大鼠中，NaF暴露导致心电图异常和心脏组织损伤，这与TGF-β信号通路上调和Wnt/β-连环蛋白活性下调有关。相应的分子变化包括抗氧化因子（NQO1、HO-1）表达降低，以及炎症介质（IL-6、IL-8）和P16、MMP3、P53、P21水平升高。这些发现阐明了氟化物诱导的心脏毒性的关键机制，并为氟中毒相关的心脏损伤提供了理论基础。NaF抑制AC16心肌细胞增殖，诱导凋亡、细胞周期停滞、氧化应激、线粒体损伤和炎症反应，这些效应是通过上调TGF-β信号通路和同时抑制Wnt/β-连环蛋白通路实现的。
引言
世界卫生组织（WHO）已将氟化钠（NaF）确定为一种普遍存在的环境污染物。从高氟地区的地下水到工业废水，NaF浓度经常超过安全限值，对公共健康构成重大威胁（Solanki等人，2022年；Aydin等人，2013年；Chen等人，2016年；Li等人，2016年）。虽然适量的氟化物摄入有助于预防龋齿和促进骨骼发育，但长期过量摄入会导致多器官毒性，影响心脏、血管、肾脏、肝脏和神经系统。这种毒性的机制包括氧化应激加剧、活性氧（ROS）产生增加、促炎基因上调以及线粒体代谢功能紊乱（Johnston和Strobel，2020年；Grandjean，2019年）。因此，阐明氟化物的确切毒理机制并制定针对性的干预策略对于保护公共健康和确保生物安全至关重要。
过量氟化物暴露会损害心肌收缩力，常导致心肌肥大、心脏扩张、舒张功能障碍和血管病变（Fihmonov等人，2016年；Yuan，1990年；Flora等人，2011年；Yan等人，2019年）。进一步的研究表明，氟化物摄入量增加会降低心输出量，并促进病理性的心肌改变，如炎症浸润、核固缩、肌原纤维紊乱和线粒体损伤（Kiyuna等人，2018年；Wang等人，2018年；Xie等人，2020年）。尽管大量证据表明氟化物过量摄入会导致心脏结构和功能损伤，并与多种心血管疾病的发病机制有关，但其潜在的分子机制仍有待完全阐明。
NaF诱导的心脏毒性与TGF-β和Wnt/β-连环蛋白信号通路的失调密切相关。在生理条件下，Wnt/β-连环蛋白通路通过促进心脏前体细胞的增殖、分化和迁移来调控心脏发育。然而，在成人心脏中，其持续激活会导致病理重塑，包括心肌纤维化、肥大和功能障碍（Balatskyi等人，2023年；Liu等人，2022年；Perugorria等人，2019年；Lian等人，2013年；Chen等人，2022年）。同样，虽然TGF-β信号通路对心脏分隔和瓣膜形成等发育过程至关重要，但在应激或损伤情况下异常激活会引发进行性心脏功能下降和心力衰竭（Jiang等人，2022年；Yan等人，2018年；Zi，2019年）。本研究旨在阐明NaF暴露如何破坏TGF-β和Wnt/β-连环蛋白信号通路以诱导心脏毒性。这些发现为预防和临床管理氟化物引起的心脏损伤提供了实验证据。
实验部分
NaF的制备
NaF由成都金山石业有限公司（中国成都）提供。将粉末溶解在蒸馏水中，达到所需的实验浓度，然后通过0.22微米膜过滤器进行灭菌。所得溶液在4°C下保存直至使用。
细胞培养
AC16人心肌细胞由中国科学院上海细胞生物学研究所提供（中国上海）。细胞在高葡萄糖Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）中培养。
NaF抑制AC16细胞的活力
如图1A所示，CCK-8检测显示，随着NaF浓度的增加，AC16细胞的活力呈剂量依赖性下降（P<0.05），证实了NaF对心肌细胞的细胞毒性作用。24小时半数抑制浓度（IC50）计算为19.77±3.01 mg/L（图1B）。根据这些结果，设立了四个组（对照组、10 mg/L、20 mg/L和30 mg/L NaF）进行后续实验。显微镜检查（图1C）显示...
讨论
欧洲食品安全局建议饮用水中的氟化物浓度不应超过1.5 mg/L（Sonnenburg等人，2025年）。尽管适当水平的氟化物有助于预防龋齿，但其有效性和毒性之间的狭窄治疗窗口给公共健康带来了重大挑战，需要精确控制人群的暴露量（Taves，2022年）。现有证据表明，NaF通过诱导凋亡等方式促进心脏毒性。
结论
本研究表明，NaF暴露会抑制AC16心肌细胞的增殖，诱导凋亡、细胞周期停滞、氧化应激、线粒体功能障碍和炎症。其潜在机制涉及NaF诱导的TGF-β信号通路上调，进而抑制Wnt/β-连环蛋白通路。这些发现为氟化物诱导的心脏毒性的机制提供了新的见解，并为预防和临床管理提供了理论基础。
作者贡献声明
Jinyang Cheng：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析、概念构思。Yang Liu：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计、实验实施、资金获取、数据分析、概念构思。Yanju Li：监督、软件使用、方法学设计、实验实施、资金获取、数据分析。Bo Yang：数据可视化、结果验证、方法学设计、实验实施、数据分析
出版同意
所有作者均参与了数据收集与分析，审阅并批准了最终稿件，并同意其发表。
伦理批准和参与同意
所有大鼠均来自贵州医科大学动物实验中心[许可证号：SCXK (Qian) 2021-0001]，实验程序获得了机构动物伦理委员会的批准（批准号：20210200）。
资助
本研究得到了贵州省自然科学基金（项目编号：Qiankehe合作平台人才[2021]博士后工作站007、QianKeHe支持[2026]312、QianKeHe支持[2025]127）；科技创新人才团队项目（项目编号：GZYTD [2024] 003、GZYYFY2025002）；贵州省教育厅研究项目（项目编号：QianJiaoJi [2023]037）；以及学科优秀储备人才项目（项目编号：gyfyxkrc-2023-14）的支持。
