在与人相关的浓度下，苯并[a]芘能够诱导内皮细胞产生适应性线粒体动态反应

《Environmental Pollution》：Benzo[a]Pyrene induces an adaptive mitochondrial-dynamics response in endothelial cells, at human relevant concentration.

本研究探讨低剂量苯并[a]芘对HMEC-1细胞线粒体稳态的影响，发现其通过激活NRF2信号通路诱导线粒体超融合（SIMH），表现为线粒体延长、分裂蛋白DRP1/MFF表达下调及ATP增加，从而延迟凋亡。该机制为理解低剂量PAHs毒性提供了新视角。

　　
该研究以低剂量苯并[a]芘（B[a]P）对人类微血管内皮细胞（HMEC-1）的线粒体稳态影响为核心，揭示了线粒体动态平衡（SIMH）在细胞抗凋亡机制中的作用。研究采用多维度实验策略，包括转录组学、蛋白质组学、超微结构分析及功能检测，系统解析了B[a]P对线粒体生物合成、自噬通量和动态的调控机制。

**核心发现与机制解析**
1. **线粒体稳态三要素的差异化响应**
- **生物合成抑制**：B[a]P（100 nM）未显著激活线粒体生物合成相关基因（ND1、ND2、CYB等）的表达，表明低剂量暴露下线粒体数量生成未启动应急反应。
- **自噬功能失调**：电镜观察显示24小时暴露后线粒体溶酶体积累，结合p62蛋白水平升高及LC3B-II/I比例变化，证实自噬通量受阻。值得注意的是，NDP52（线粒体自噬传感器）在B[a]P处理组出现非显著上调，提示氧化应激可能通过NRF2通路间接调控自噬相关蛋白。
- **动态平衡重编程**：3小时暴露即引发线粒体形态学显著改变——圆形结构减少、平均周长增加（圆形指数从1.22降至0.89，p<0.001），同时DRP1和MFF（线粒体分裂关键蛋白）表达下降达40%-60%。ATP水平同步提升，验证了SIMH（应力诱导线粒体超融合）的成立：线粒体通过延长形态稀释受损组分，并增强ATP产能维持功能稳态。

2. **B[a]P毒性依赖的代谢级联反应**
研究发现，B[a]P需经AhR/CYP1酶系激活生成BPDE等活性代谢物，其凋亡效应可被α-萘酚酮（α-NF）完全拮抗。这种剂量依赖性（100 nM为有效浓度）和时序特异性（凋亡延迟至24小时）的毒性模式，与人类血清暴露水平（10-50 nM）高度吻合，为环境毒理学研究提供了新剂量阈值参考。

3. **NRF2介导的SIMH-凋亡抵抗轴**
Western blot显示B[a]P处理3小时即激活NRF2（上调2.3倍），并通过调控NDP52和线粒体动力学蛋白实现级联响应。功能实验证实：
- **SIMH的时效性**：3小时SIMH标志物（DRP1/MFF下降、ATP升高）达峰值，24小时后转为凋亡诱导状态（AIF线粒体释放量下降70%）。
- **NRF2的双重作用**：外源性添加 sulforaphane（NRF2激活剂）可完全逆转24小时凋亡（抑制率达92%），而brusatol（NRF2抑制剂）使3小时凋亡率提升至18%（对照组2%）。这揭示NRF2通过两条通路调控细胞命运：早期激活SIMH，晚期通过氧化应激诱导凋亡。

4. **线粒体跨膜电位（ΔΨm）的动态变化**
流式细胞术检测显示，B[a]P处理组ΔΨm在3小时无显著变化（FSC-A荧光强度变化<5%），但24小时后下降35%（p<0.001）。这种延迟性膜电位崩解与AIF从线粒体转位至胞质（AIF-GI转化率提升2.8倍）形成对应，印证了凋亡的线粒体途径依赖性。

**研究创新性与应用价值**
该工作首次在低剂量（100 nM）B[a]P暴露下，系统揭示了内皮细胞通过线粒体动态重编程（SIMH）实现抗凋亡的时间窗：
- **早期响应（0-6小时）**：NRF2介导的SIMH通过抑制DRP1/MFF促进线粒体融合，ATP合成效率提升25%-30%，有效延缓凋亡启动。
- **晚期失效（24小时+）**：SIMH标志物衰减（圆形指数恢复至对照组90%），伴随线粒体膜电位崩溃（ΔΨm下降>30%），导致AIF释放和Caspase-independent凋亡。

**环境健康启示**
研究证实，即使低于传统毒理学研究的阈值（如1 μM），B[a]P仍可通过线粒体稳态调控影响细胞存活。这为以下领域提供新视角：
1. **毒性机制研究**：需区分高剂量（促凋亡）与低剂量（抗凋亡）的相反效应，解释流行病学中“剂量-反应倒置”现象。
2. **靶向治疗开发**：通过调控NRF2/SIMH通路可能设计新型解毒剂——如外源性抗氧化剂可增强SIMH效应，延缓B[a]P诱导的动脉粥样硬化相关内皮损伤。
3. **暴露评估优化**：提出基于细胞模型（如HMEC-1）的毒性筛查新策略，建议采用3-24小时多时点检测以捕捉动态响应。

**局限性及未来方向**
- **氧化应激未直接检测**：尽管NRF2激活和NDP52上调提示氧化应激，但未使用DHR123等探针定量ROS，可能低估线粒体ROS水平（文献报道B[a]P诱导ROS生成在10-30 μM浓度时显著）。
- **代偿机制探索不足**：未考察AMNC1等保护蛋白（如HSP70）的协同作用，需结合转录组分析解析NRF2下游靶点。
- **体内验证缺失**：建议采用移植瘤模型（如HMEC-1细胞移植至裸鼠）验证体外发现的SIMH效应是否可迁移至整体毒性评估。

该研究为理解低剂量PAHs的细胞级联效应提供了机制框架，特别强调线粒体动态平衡作为毒性感应的关键节点，为环境毒理学从“剂量-效应”到“剂量-反应”的范式转变提供了实证依据。