应用代谢组学技术研究长期低剂量摄入丙烯酰胺对机体的毒性及槲皮素对其毒性的影响

The existence of acrylamide (AA) in food and its potential harm to human health have caused international concern. Studies have shown that AA has the neurotoxicity and reproductive toxicity, etc., but its toxicity mechanism is still not completely clear. In addition, in the food hot working process, although the starchy food by adding plant chemicals such as quercetin can partly inhibit the formation of AA, AA still exists widely in the food and this causes consumer generally exposed to AA. Therefore, it has been becoming a research hotspot to study the AA toxicity mechanism and how to make use of quercetin inhibition of AA toxicity in the body. At present, researches that study AA toxicity and quercetin inhibition of AA toxicity in the body's metabolism level have not been reported at home and abroad. Using animal experiments combined with population intervention, the present experiment researched the changes of endogenous metabolites in urine samples exposed to AA/quercetin using metabonomics technology. Also, the present experiment monitored the development and outcome of toxicity induced by AA/quercetin and determined the "metabolomics characteristics" and biomarkers closely related to the effect of AA/quercetin, which helps to find AA toxicity mechanism as well as the basic way and link of quercetin inhibition of AA toxicity. The meaning lies in preventing and controlling the harm to the body caused by long-term low dose exposure AA by using dietary quercetin (quercetin supplement), at the same time providing new methods to the traditional toxicology.

食品中丙烯酰胺（AA）的存在及其对人类健康的潜在危害引起国际关注。研究显示AA具有神经及生殖毒性等，但其毒性作用机制还不完全明确；此外，在食品热加工过程中，虽然对富含淀粉的食品通过添加槲皮素等植物化学物可部分抑制AA形成，但AA在食品中仍广泛存在，使消费者普遍暴露于AA。因此，AA毒性作用机制及如何利用槲皮素抑制AA在体内的毒性成为研究热点。目前，在机体的代谢水平研究AA毒性及槲皮素抑制AA的毒性国内外未见报道。本课题采用动物实验与人群干预相结合，应用代谢组学技术研究暴露AA/槲皮素后引起的机体尿液样品内源性代谢物的变化，监测AA/槲皮素诱导的毒性的发展、转归，确定与AA/槲皮素作用密切相关的“代谢组学特征”和生物标志物，以发现AA毒性机制及槲皮素抑制AA毒性的根本途径和环节，其意义是利用膳食槲皮素（槲皮素补充剂）来预防和控制长期低剂量暴露AA对机体的危害，同时给传统毒性学手段提供新的思路

丙烯酰胺（AA）常用于净化处理水、造纸工业等，加之富含淀粉的高温油炸食物中也产生一定量的AA，进而使人群不可避免的通过多种途径暴露于AA。AA主要损害神经系统，且具有潜在的致癌、遗传、生殖和发育毒性，但其毒性作用机制仍未完全阐明。因此，有关AA毒性/机制及其对机体影响的防控策略引起关注。.槲皮素广泛分布于蔬菜、水果及中草药中,具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、扩张血管等生物学活性，尤其它的抗氧化活性引起广泛关注，包括其对AA诱导的氧化应激的影响。然而，现有槲皮素对AA毒性影响的研究仅仅从其抗氧化活性出发，针对AA诱导的氧化应激角度在动物的某一特定组织或器官开展研究，而没有从机体的代谢水平上系统研究其对AA毒性的影响。基于此，本研究应用代谢组学技术系统研究AA暴露对机体的毒性及槲皮素对其毒性的影响,并探讨其作用机制。.暴露于AA大鼠的尿液和血清代谢组学分析显示，正负离子模式下分别识别出13和11个代谢产物的异常改变，分别是GAMA、AAMA、乙烯基乙酰甘氨酸、1-水杨酸葡糖苷酸、LysoPE (20:1(11Z)/14:0)、3-乙酰氨基丁醛、2-吲哚甲酸、犬尿酸、磺基丙氨酸、L-半胱氨酸、硫酸对甲酚、7-酮脱氧胆酸；以及泛酸、异丁酰-L-肉碱、LysoPC(20:4)、LysoPC(22:6)、LysoPE(20:3)、柠檬酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、1-磷酸鞘氨醇、十一烷二酸和十二烷二酸。通过对上述代谢产物进行代谢通路分析，揭示AA干扰了机体脂类、氨基酸、能量的代谢,影响了神经和抗氧化系统、进而对肝脏和肾脏产生了影响。.当槲皮素与AA同时暴露于大鼠后，显示AA组异常改变的代谢产物强度有了明显的改善（p<0.01），说明槲皮素对AA诱导的机体毒性具有一定的保护作用：包括调节能量、氨基酸和脂质代谢，增强抗氧化防御系统，保护大鼠肝脏和肾脏等，其中槲皮素的抗氧化活性起着非常重要的作用。槲皮素对职业暴露AA的人群健康的影响显示，槲皮素通过其抗氧化活性而发挥调节作用。.通过监测AA/槲皮素诱导的毒性的发展、转归，确定与AA/槲皮素作用密切相关的“代谢组学特征”，发现了AA毒性及槲皮素抑制其毒性的途径。其科学意义在于利用膳食槲皮素（或槲皮素补充剂）来防控AA暴露对机体的影响，同时基于代谢组学技术发现的槲皮素对AA诱导的毒性的影响，给传统毒理学研究手段提供了新的思路和视野。