《Toxics》：Metabolic Disruption and Steatosis Induced by Drinking Water Disinfection Byproducts in HepG2 and HUH7 Cells
Marta Mollari,
Flavia Silvia Galli,
Maria Teresa Cerasa,
Camilla Cuva,
Romano Zilli,
Alessandro Ubaldi,
Maria Teresa Scicluna,
Katia Barbaro,
Alberto Mantovani and
Daniele Marcoccia
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为评估传统上依据细胞毒性/遗传毒性进行管制的饮用水消毒副产物（DBPs）是否具有代谢干扰作用，本研究探讨了溴仿、一溴二氯甲烷、一氯乙酸和二氯乙酸在亚细胞毒性浓度范围内对人肝细胞的早期代谢影响。研究发现，这些DBPs在极低浓度下即可显著改变关键核受体（AHR、PXR、RXR、LXR）信号和HMGCR表达，并诱导细胞内脂质堆积，提示DBPs是潜在的代谢干扰物，其风险评估应考虑内分泌-代谢干扰这一终点。
当您饮用一杯经过常规消毒处理的自来水时，可能不会想到其中除了看不见的微生物，还隐藏着一类名为“消毒副产物”的化学物质。这些物质是消毒剂（如氯）与水中天然有机物反应的“副产品”，虽然确保了水的微生物安全，但其自身对健康的潜在影响一直是公共卫生领域持续关注的焦点。传统上，对消毒副产物的风险评估主要聚焦于它们的致癌或急性毒性风险，并据此设定了严格的安全限值。然而，越来越多的证据开始指向另一个可能被忽略的领域：代谢干扰。有研究表明，某些消毒副产物可能像“内分泌干扰物”一样，悄悄地干扰我们身体内部的代谢平衡，特别是肝脏这个“化学工厂”的正常运作，这可能与日益增加的脂肪肝等代谢性疾病风险有关。但是，在远低于现行安全标准、接近真实环境暴露的极低浓度下，这些物质是否仍然能对肝细胞产生可测量的代谢干扰？其背后的分子机制又是什么？为了回答这些问题，一支研究团队在《Toxics》期刊上发表了一项深入研究。
研究人员选择了四种在饮用水中常见且受法规管制的消毒副产物：溴仿、一溴二氯甲烷、一氯乙酸和二氯乙酸。他们使用两种常用的人肝癌来源肝细胞模型——源自肝母细胞瘤的HepG2细胞和源自肝细胞癌的HUH7细胞，模拟了人类肝细胞对不同发育阶段（不成熟与成熟）的可能反应。研究采用了一个极宽的浓度范围进行暴露，从皮摩尔到微摩尔，旨在捕捉包括环境相关低浓度在内的亚细胞毒性效应。通过检测细胞活力、细胞内活性氧水平、核受体（AHR、PXR、RXR、LXR）和胆固醇代谢关键酶HMGCR的基因表达变化，以及通过油红O染色定量细胞内脂质积累，系统评估了这些消毒副产物的早期代谢干扰和致脂肪变性潜力。
1. 消毒副产物在亚细胞毒性浓度下即可诱导代谢干扰
研究最关键的发现之一是，所有测试的四种消毒副产物，在未引起明显细胞毒性的低浓度下，就已经能够显著干扰肝细胞的代谢。细胞活力实验表明，在大部分测试浓度下，细胞存活率保持稳定，但基因表达和脂质代谢已经发生了改变。这表明，消毒副产物对代谢的干扰是一种独立的、早期的生物学效应，而非细胞死亡前的非特异性应激反应。
2. 消毒副产物特异性调控核受体和HMGCR基因表达
研究人员发现，消毒副产物能显著且呈剂量依赖性地改变一系列核受体的基因表达。这些核受体是调控外源物质代谢和脂质稳态的“总开关”。例如，溴仿和一溴二氯甲烷在HUH7细胞中能强力激活PXR，即使在皮摩尔浓度下也有显著效果。一氯乙酸则在两种细胞中都强烈上调了RXR、LXR和AHR的表达。而二氯乙酸则主要表现出转录抑制效应。尤为值得注意的是，胆固醇生物合成的限速酶HMGCR基因的表达变化非常敏感，但不同物质调控方向不同：溴仿和一氯乙酸使其表达上调，而一溴二氯甲烷和二氯乙酸则使其下调。这种物质特异性的转录调控模式，揭示了消毒副产物干扰代谢的复杂分子机制。
3. 消毒副产物导致肝细胞内脂质堆积（脂肪变性）
与基因表达变化相呼应，所有测试的消毒副产物都诱导了两种肝细胞内的脂质积累，即产生了脂肪变性效应。在多数情况下，这种脂肪变效应在低浓度（如10纳摩尔）时最为显著，且在没有细胞毒性的情况下发生。其中，二氯乙酸诱导的脂质积累效应最强，在HepG2细胞中，10纳摩尔浓度下脂质含量可增加至对照组的近200%。有趣的是，HUH7细胞对溴仿、一溴二氯甲烷和二氯乙酸诱导的脂质堆积更为敏感，而HepG2细胞对一氯乙酸的响应更强，这提示了细胞类型特异性的差异。
4. 代谢干扰独立于氧化应激
研究同时评估了活性氧的产生，作为氧化应激的指标。结果显示，在诱导显著脂质堆积的浓度下，细胞的氧化应激水平并未发生明显变化。这表明，消毒副产物诱导的脂肪变性并非由氧化应激驱动，而更可能是通过直接干扰核受体介导的代谢通路所导致。
5. 不同肝细胞模型对消毒副产物的响应存在差异
研究对比了HepG2和HUH7两种细胞系，发现它们对同一种消毒副产物的响应模式存在差异。例如，HUH7细胞对PXR的激活更为敏感，而HepG2细胞则表现出更广泛的核受体响应谱。这种差异可能源于两种细胞不同的组织学起源，提示处于不同发育或分化阶段的肝细胞可能对代谢干扰物具有不同的脆弱性。
综上所述，这项研究系统地揭示了四种常见饮用水消毒副产物的代谢干扰潜能。核心结论在于，这些受管制的化学物质在远低于引起细胞毒性的浓度、甚至是在接近环境暴露水平的浓度下，就能够作为“代谢干扰物”发挥作用。它们通过特异性干扰AHR、PXR、RXR、LXR等关键核受体的信号传导，并改变HMGCR的表达，最终破坏肝脏的脂质稳态，导致肝细胞内脂质堆积（脂肪变性）。这一效应独立于传统的细胞毒性或氧化应激终点。研究特别指出，HMGCR的表达变化是一个敏感且具有整合性的生物标志物，而PXR的激活在极低浓度下即可发生，提示了潜在的高效代谢干扰能力。这些发现扩展了人们对消毒副产物毒理机制的认识，强调了在未来的安全评估中，除了传统的遗传毒性和细胞毒性，内分泌-代谢干扰应被视为一个重要的评估终点。该研究为利用基于体外肝细胞模型的“新方法评估体系”来识别环境化学物的早期代谢干扰效应提供了有力的证据和范例。
