环境污染物丙烯酰胺通过介导P2X7诱导巨噬细胞自噬的免疫毒性机制研究

Environmental pollution caused by acrylamide is hardly avoidable, and the reproductive toxicity and neurotoxicity of acrylamide have been widely concerned. However, it has recently been found that acrylamide could damage immune system, but the toxic mechanism needs further clarification. Autophagy is reported as an important mechanism for environmental pollutants to exert toxicity. However, it is unclear how acrylamide induce autophagy in immune cells. Transmembrane receptor P2X7 acts as an ion gated regulator and plays a vital role in mediating immune cell function, but how P2X7 mediates the immune toxicity of acrylamide remains unknown. Therefore, this project is aim to elucidate the immune toxicity of acrylamide with macrophage cell as research model. Firstly, the effect of acrylamide on cell function and autophagy will be detected, clarifying that acrylamide could damage cell function via autophagy. Secondly, the expression and activity of P2X7 together with the effect of P2X7 on autophagy will be analyzed to confirm the critical role of P2X7 in autophagy. Finally, the regulatory role of P2X7 in signal transduction mediating acrylamide-induced autophagy will be explored. The final aim is to elucidate the toxic mechanism of acrylamide inducing immune cell autophagy mediated by P2X7. The results will be valuable for scientific assessment of exposure risk of acrylamide, and of great significance for controlling environment pollution, and ensuring human survival and development.

丙烯酰胺造成的环境污染难以避免，其生殖、神经毒性一直备受关注。然而，近来发现丙烯酰胺还能损害免疫系统，但毒性机制不详。已报道细胞自噬是环境污染物发挥毒性的重要机制，但丙烯酰胺如何诱导免疫细胞自噬不清楚。膜受体P2X7作为离子门控，在调控免疫细胞功能方面扮演关键角色，但P2X7如何介导丙烯酰胺的免疫毒性也不清楚。本项目以丙烯酰胺为研究对象，以巨噬细胞为模型，首先检测丙烯酰胺对细胞功能和细胞自噬的影响，明确丙烯酰胺通过自噬损害细胞功能。其次，分析丙烯酰胺对受体P2X7表达和活化的影响，并干预P2X7表达分析对细胞自噬的影响，以明确P2X7在丙烯酰胺诱导细胞自噬中的重要作用。最后，深入分析丙烯酰胺调控的P2X7如何影响胞内信号转导，介导细胞自噬，最终阐明丙烯酰胺介导P2X7诱导细胞自噬的毒性机制，研究结果为丙烯酰胺暴露风险的科学评估提供依据，对控制环境污染，保障人类生存发展具有积极意义。

丙烯酰胺在水处理、建筑、烟草、造纸行业、农业、化妆品行业及生化试验中都会产生，已是危害严重的环境污染物。丙烯酰胺可通过消化道、呼吸道、皮肤黏膜等多种途径进入生物体内，对神经、生殖等多个系统和器官造成严重危害，近年来，丙烯酰胺对免疫系统的毒性也不断被证实。免疫系统功能与人类健康息息相关，但由于免疫系统的复杂性，目前尚未完全揭示丙烯酰胺的免疫毒性机制。已报道细胞自噬是环境污染物发挥毒性的重要机制，但丙烯酰胺是否诱导机体参与免疫应答或与免疫应答相关的细胞发生自噬，以及如何损害细胞功能，尚不明确。因此，本研究以免疫巨噬细胞为模型，研究丙烯酰胺诱导巨噬细胞自噬的毒性及其作用机制。研究发现：丙烯酰胺处理后细胞活力下降，吞噬功能变差；丙烯酰胺处理后细胞自噬水平升高，标志分子beclin-1和LC3蛋白表达升高，且该自噬的诱导与丙烯酰胺浓度密切相关，低浓度丙烯酰胺可以显著诱导细胞发生自噬，但处理浓度增大后，细胞自噬并不明显，甚至过高的浓度会显著抑制细胞正常自噬。此外，丙烯酰胺可以诱导细胞凋亡，而自噬与凋亡的发生并不呈现一致性。丙烯酰胺可以上调巨噬细胞P2X7的表达，但P2X7与细胞自噬并非呈现完全相关性，高浓度促进膜受体的表达，但却抑制细胞自噬。丙烯酰胺诱导细胞氧化应激，但自噬与氧化程度并不呈正相关。炎症因子COX-2的变化与细胞自噬有一定的相关性。HO-1在细胞发生自噬时改变并不明显，而在细胞发生凋亡时显著下降。研究结果表明，丙烯酰胺能诱导P2X7介导细胞氧化应激，引发巨噬细胞自噬和凋亡，研究结果为丙烯酰胺暴露风险的科学评估提供依据，对控制环境污染保障人类生存发展具有积极意义。项目在执行过程中，基本按照任务书完成了各项研究内容。目前已发表文章3篇，接收1篇，其他成果正在积极总结投稿中。