《Chemico-Biological Interactions》：The synergistic effects of co-exposure of water disinfection byproducts DCBQ and DBBQ on lipid metabolism of mice
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本研究探讨DBBQ与DCBQ联合暴露对小鼠肝脏脂代谢的影响，发现协同效应导致血清和肝脏TC、TG显著升高，病理学显示肝结构紊乱及脂滴堆积，机制可能与AMPK/SREBP-1c/FAS信号通路抑制有关。
何子桥|韩雪|张天越|杨月文|蒋明汉|张旭|杜海英|卢瑞峰|宋秀玲|李金华
吉林大学公共卫生学院，长春，中国
摘要：
目的
探讨水中消毒副产物（DBPs）二溴-1,4-苯醌（DBBQ）和二氯-1,4-苯醌（DCBQ）共同暴露对小鼠肝脏脂质代谢的影响及其机制。
方法
ICR小鼠被随机分为对照组、DBBQ组、DCBQ组及联合组（DCBQ+DBBQ）。小鼠每天一次通过腹腔注射给药，持续四周。暴露后收集血清和肝脏组织以测定与脂质代谢相关的指标。
结果
暴露组小鼠的血清总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）水平显著升高，其中联合组的升高幅度更大。组织病理学观察显示肝脏结构紊乱，脂质滴显著增多。DCBQ组肝脏TC水平显著升高，DBBQ组肝脏TG水平显著升高，而联合组的这两种水平均高于DCBQ组或DBBQ组单独暴露组。暴露组中激素敏感性脂肪酶（HSL）和卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）的活性显著下降，联合组的活性低于DCBQ组或DBBQ组单独暴露组。AMPK的mRNA表达降低，而SREBP-1c和FAS的mRNA表达升高，联合组中AMPK的mRNA表达更低，SREBP-1c和FAS的mRNA表达更高。
结论
DBBQ和DCBQ的共同暴露可导致小鼠脂质代谢紊乱，表现出协同效应，这一效应可能通过AMPK/SREBP-1c/FAS信号通路介导。我们的数据强调了了解水中DBPs联合效应的重要性。
引言
随着工业化和城市化的加速以及人口快速增长，生态环境持续受到污染和破坏。饮用水资源的短缺和污染已成为全球广泛关注和重视的问题。（Jan等人，2023年）水质差可引发多种疾病，危害人体健康。（Lee等人，2023年；Prüss-Ustün等人，2019年）研究表明，伤寒、甲型肝炎、隐孢子虫病等水传播传染病以及硝酸盐中毒、砷中毒等化学污染与饮用水污染密切相关。（Gualberto和Heller，2006年；Mogasale等人，2018年；Patel等人，2022年；Rahman等人，2009年；Takuissu等人，2023年）因此，为确保供水安全，有效灭活水中的各种病原微生物、预防水传播传染病，饮用水消毒至关重要。然而，除杀灭病原微生物外，饮用水消毒剂还会与水中的某些成分反应生成消毒副产物（DBPs），从而对人类健康构成风险。（Koley等人，2024年）
大多数研究关注单一DBPs的毒性，但实际上水中的DBPs往往是多种DBPs的混合物。（Carpenter等人，2002年）通过实时细胞分析方法检测并分析了DBPs对中国仓鼠卵巢（CHO）细胞的细胞毒性作用，发现氯酸盐和二溴乙腈、溴酸盐和二溴乙酸的毒性具有协同效应。（Fan等人，2022年）因此，根据实际暴露情况评估DBPs的毒性至关重要。化学物质的联合作用可能导致非相互作用（如叠加效应和独立效应），或相互作用（如协同效应和拮抗效应）。
近年来发现的卤代苯醌（HBQs）广泛存在于水中，是新兴的DBPs之一。（Zhao等人，2022年）HBQs的最低观察到的不良效应水平（LOAEL）在μg/(kg·d)范围内，比某些受监管DBPs的LOAEL低四个数量级，表明其潜在毒性较高。研究表明HBQs可作用于遗传分子，具有潜在的基因毒性。（Tu等人，2022年）在中国饮用水和自来水样本中检测到了两种HBQs：2,6-二氯-1,4-苯醌（2,6-DCBQ）和2,6-二溴-1,4-苯醌（2,6-DBBQ）。（Wu等人，2021年）在美国和加拿大的自来水样本中，DCBQ和DBBQ是最常见且易于检测到的HBQs。（Zhao等人，2012年）体外实验表明，DCBQ和DBBQ均能显著诱导人类膀胱癌上皮T24细胞DNA加合物的形成并降低谷胱甘肽（GSH）水平，促进活性氧（ROS）引起的DNA损伤；同时两者对中文仓鼠卵巢（CHO）细胞具有细胞毒性。（Li等人，2015年）类似地，当DBBQ和DCBQ分别作用于人类膀胱癌5637细胞、结肠癌Caco-2细胞和胃MGC-803细胞时，也表现出浓度依赖性的毒性效应。（Li等人，2020年）长期暴露于环境浓度的DCBQ和DBBQ可导致正常人类肝细胞（THLE-2）和结肠细胞（FHC）的氧化应激和DNA损伤，且肝细胞对HBQs更敏感。（Wang等人，2024年）此外，DCBQ和DBBQ还对人类神经干细胞具有发育神经毒性。（Fu等人，2017年）体内实验表明，DCBQ会影响小鼠的代谢、肾脏和免疫功能，其中肠道微生物起着重要作用。DCBQ还可能导致斑马鱼的氧化应激、脂质过氧化和生殖毒性。（Liu等人，2023年；Song等人，2022年；Sun等人，2019年；Wang等人，2022年）然而，关于DBBQ的体内毒理学研究尚缺乏。
本研究探讨了DBBQ和DCBQ共同暴露对小鼠肝脏脂质代谢的影响及其分子机制。我们的发现为研究其他DBPs的协同效应提供了参考，并为确保饮用水安全提供了科学依据。
化学品
2,6-二氯-1,4-苯醌（DCBQ）和2,6-二溴-1,4-苯醌（DBBQ）购自Sigma-Aldrich Corp.（美国密苏里州圣路易斯）。芝麻油购自江西新森天然植物油有限公司（中国）。
动物和实验方案
本研究获得了吉林大学公共卫生学院动物实验伦理委员会的批准（SY2024-04-004），实验严格遵循国家研究委员会关于实验室动物护理和使用的指南进行。
DCBQ和DBBQ共同暴露对体重和肝脏系数的影响
暴露期间，各组均未出现明显的毒性反应、死亡现象或饮食和饮水方面的影响。与对照组相比，各暴露组小鼠的体重无统计学差异，肝脏系数也无显著差异（图1a-1b）。
DCBQ和DBBQ共同暴露对小鼠肝脏组织形态的影响
图1c显示了HE染色后小鼠肝脏组织的病理观察结果。对照组中，肝细胞呈放射状整齐排列。
讨论
饮用水消毒能有效减少和预防多种水传播疾病，从而确保饮用水的安全。然而，消毒剂的单一使用或联合使用会产生许多对人体健康有害的DBPs。流行病学研究发现，DBPs与癌症风险增加以及生殖和发育毒性密切相关。（Shi等人，2024年；Zhang等人，2023年）毒理学研究证实了DBPs的这些危害。
结论
本研究证实，DBBQ和DCBQ共同暴露会导致小鼠肝脏脂质代谢紊乱，且这种联合效应具有协同性。其作用机制可能与AMPK/SREBP-1c/FAS信号通路的抑制有关。这一发现为评估混合消毒副产物的毒性提供了研究思路，也为饮用水安全提供了科学依据。
作者贡献声明
蒋明汉：数据验证与整理。
宋秀玲：撰写、审稿与编辑、项目管理。
李金华：撰写、审稿与编辑、监督。
何子桥：撰写初稿、实验设计、数据整理、概念构思。
张天越：软件应用与方法学设计。
杨月文：数据可视化与验证。
张旭：实验设计。
韩雪：撰写初稿、实验设计、数据整理。
杜海英：撰写、审稿与编辑。
卢瑞峰：项目管理。
未引用参考文献
LI等人，2022年；LIU等人，2023年。
利益冲突
作者声明本文的发表不存在利益冲突。
资助声明
本研究得到了“国家大学生创新创业培训计划”（S202310183547）和“吉林大学研究生创新基金”（2025CX285）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知利益冲突或个人关系。
