展青霉素抑制肾细胞自噬小体降解的分子机制和毒理学意义研究

Mycotoxins are a serious threat to food safety. Understanding the mechanisms involved in toxicity of mycotoxins is essential in prevention/treatment of their harmful effects. Patulin (PAT) is one of the most common mycotoxins found in moldy fruits. Kidney is a primary toxicological target of PAT. Our preliminary data demonstrated that treatment with patulin caused an increased autophagosome accumulation in Human Embryonic Kidney 293 (HEK293) cells. Further study by measurement of autophagic flux demonstrated that the accumulation of autophagosomes by PAT is not due to enhanced autophagosome formation but to inhibition of autophagosome degradation. Consistently, inhibition of autophagosome degradation by PAT resulted in an autophagic substrate p62 accumalation. Autophagy has multiple physiological functions, therefore we hypothesized that inhibition of autophagosome degradation by PAT may play an important role in its nephrotoxicity. Our proposal will systematically test this hypothesis and to determine the functional role of autophagosome degradation inhibition in patulin-induced apoptosis, ER stress, ROS and genotoxic effects and the molecular mechanisms involved in PAT-induced inhibition of autophagosome degradation in kidney cells.

食品安全依然是当前政府和民众共同关注的重大民生问题，真菌毒素污染则是危害食品安全的重要因素之一。阐明真菌毒素的毒理学机制是有效防治其危害的必要前提。展青霉素是污染水果最常见的一种真菌毒素。肾脏是其主要的毒作用靶器官。我们的前期研究数据表明展青霉素可通过抑制肾细胞自噬小体的降解，导致肾细胞自噬的后期进程被阻断和自噬底物p62蛋白的蓄积。鉴于细胞自噬具有多种重要的生理功能，我们推测展青霉素抑制肾细胞自噬小体的降解，阻断肾细胞自噬可能会产生一系列与其肾毒性相关的毒理学效应。故此，我们提出本课题，以系统论证这一科学推论。拟通过对展青霉素抑制肾细胞自噬小体降解在其诱导的内质网应激、细胞凋亡、ROS产生及遗传损伤中的作用等内容的研究，阐明展青霉素抑制肾细胞自噬小体降解作用的毒理学意义，并解析展青霉素抑制肾细胞自噬小体降解的分子机制，为最终全面揭示展青霉素的毒理学机制及有效防治其毒性危害提供新的科学依据

本项目组前期研究数据表明，水果中的常见真菌毒素展青霉素可阻断多种细胞自噬小体的降解，抑制正常或基础细胞自噬，从而导致细胞自噬底物p62蛋白的蓄积。在此基础上，本项目主要对展青霉素抑制自噬小体降解的机制以及p62蛋白蓄积的毒理学意义等内容进行了研究。首先利用mRFP 和GFP 双色荧光标记自噬标示物LC3，对展青霉素处理后细胞自噬小体的成熟过程进行了观察，发现展青霉素与已知的自噬小体降解阻断剂bafilomycin-A1（BAF， 抑制自噬小体与溶酶体融合）有着相似的影响自噬小体成熟的作用； 随后，分析了展青霉素对细胞溶酶体中主要酶活性的影响，发现展青霉素可显著抑制溶酶体中主要蛋白酶CTSB 和CTSD的活性。 研究结果表明展青霉素阻断细胞自噬小体的降解可能与其阻断自噬小体和溶酶体的融合以及影响溶酶体中主要蛋白酶活性有关。在此基础上，本项目进行了p62蛋白蓄积与展青霉素诱导的内质网应激、细胞凋亡及氧化损伤的相关性研究。 结果表明，细胞自噬底物p62蛋白的蓄积促进了细胞内ROS的产生，并由此诱导了细胞内质网应激响应、DNA氧化损伤及细胞凋亡的发生。 此外，本项目研究还发现，p53蛋白的激活通过PIG3介导的对过氧化氢酶活性的抑制，促进了展青霉素诱导的氧化损伤作用和细胞凋亡作用；第二代有机硒甲基硒酸可有效抑制展青霉素诱导的p62蛋白蓄积、ROS的产生、DNA损伤及细胞毒性，并在整体动物水平保护展青霉素诱导的肝、肾毒性。 本项目的研究发现为阐明展青霉素的毒理学机制以及有效防治展青霉素的健康危害提供了新的科学依据。