英文原题：Chlorinated PAHs induce immunosuppression in THP-1 macrophages characterized by disrupted amino acid metabolism
第一作者：李心砚
通讯作者：栾天罡
作者单位：广东工业大学
作者：Xinyan Li, Mei Ma, Bilin Zhao, Na Li, Ling Fang, Donghong Wang, Tiangang Luan *
研究亮点
本研究整合了高通量多靶点免疫毒性检测与非靶向代谢组学技术，联合评估了氯代多环芳烃的免疫毒性并探究了免疫代谢机制。
研究首次证明了氯代多环芳烃在不激活AhR的较低浓度下（1 μM）能诱导免疫毒性，并讨论了巨噬细胞代谢过程在Cl-PAHs/PPAHs诱导免疫反应中的作用，为开发基于免疫代谢机制的环境化学品风险评估新方法提供了有力支持。
成果简介
氯代多环芳烃（Cl-PAHs）是一种新型的持久性有机污染物，具有一定的生物积累性和远距离传输能力，其主要来源是汽车尾气排放、垃圾焚烧以及电子垃圾拆解过程等。Cl-PAHs目前已报道在多种环境介质甚至生物样本中广泛存在，最新研究证实其在人体血液的暴露证据，因此对Cl-PAHs暴露风险和毒性研究十分迫切且必须。尽管PAHs的毒性研究已持续多年，然而对其氯代产物的健康风险评价却仍处于起步阶段，目前主要围绕芳香烃受体效应 (AhR effects) 展开。研究发现部分低芳环数的Cl-PAHs能引起比母体多环芳烃 (PPAHs) 更强烈的AhR效应，具有类二噁英的毒性。考虑到免疫系统是二噁英类物质攻击的敏感靶点，暗示氯代多环芳烃具有潜在的免疫毒性，但缺乏直接证据。本研究使用高内涵筛选系统，采用自主研发的基于 THP-1 巨噬细胞免疫功能的高通量多靶点检测方法，评估了Cl-PAHs和对应PPAHs对THP-1巨噬细胞的免疫毒性。结果发现Cl-PAHs表现出明显的免疫抑制毒性，而PPAHs则表现为不同的免疫干扰。在此基础上，通过对非靶向代谢组学与免疫表型结果进行多重相关性分析，发现氨基酸代谢异常很可能是导致Cl-PAHs及其母体化合物诱导免疫毒性的原因。
引言
免疫系统作为外源性化学暴露的首道屏障，易受到污染物攻击，进而增加疾病易感性，是污染物毒性风险评估潜在的敏感靶标。由于免疫毒性的复杂机制和多重交叉的毒性终点，零散的测试结果往往难以系统评估环境污染物的免疫毒性。针对此问题，我们前期基于高内涵筛选系统开发了一系列对人源巨噬细胞 (THP-1) 形态和功能的高通量检测方法 (2020, 10.1021/acs.est.0c01152; 2022, 10.1021/acsestwater.1c00252) 。
图1. 高内涵筛选系统检测免疫表型的一般工作流程
近年来研究发现，免疫细胞的代谢过程是调控免疫反应的关键因素之一。免疫细胞可以通过灵活调节细胞内的营养代谢帮助适应动态变化的微环境，以满足免疫应答过程中所需的能量和中间代谢物。这一观点为环境毒理学的机制研究提供了新的窗口，即污染物可能通过干扰细胞代谢过程进而触发免疫功能障碍。因此，从污染物引起代谢异常的角度研究免疫毒性，可能是发掘免疫毒性新的标志物和探究新致毒机制的有效突破口。
前期研究中，我们发现9-氯蒽 (9Cl-Ant) 和2,7-二氯芴 (2,7-Fl) 均能引起比对应母体化合物蒽和芴更强烈的类二噁英毒性 (DNA损伤和AhR效应) ，暗示其可能具备潜在的免疫毒性。因此，本研究结合高内涵筛选系统对免疫功能的检测以及非靶向代谢组学对代谢物信息的获取，通过建立免疫表型和差异代谢物信息的相关性，阐述了Cl-PAHs及对应PPAHs暴露巨噬细胞的免疫毒性机制，并鉴定免疫代谢潜在的生物标志物。
图文介绍
图2. 免疫表型与显著差异代谢物的相关性分析
通过将代谢组学与免疫表型的结果进行相关性分析，我们发现Cl-PAHs/PAHs可激活巨噬细胞对应激和炎症的防御反应，表现为多种氨基酸合成与代谢途径异常。利用多重Spearman相关性分析鉴定免疫代谢生物标志物，结果显示Cl-PAHs处理组中植物鞘氨甘氨酸的降低和PPAHs组中甘油磷胆碱的升高可能是导致细胞粘附和形态改变的原因，而L-犬尿氨酸的升高可能是吞噬抑制的原因。
讨论/小结
本研究中，我们利用高内涵筛选系统检测了THP-1巨噬细胞暴露于非细胞毒性水平的两种氯代多环芳烃及其母体化合物的免疫相关指标，并定量检测了多重细胞因子/趋化因子，为氯代多环芳烃的免疫毒性提供了最直接的证据。此外，AhR一直被认为是Cl-PAHs引发毒性的关键驱动因素，而AhR相关终点也是当前对Cl-PAHs/PAHs及其丰富的同源物进行毒性风险评估的主要依据。然而，在本实验中，我们发现Cl-PAHs在低浓度下（1 μM）并未激活AhR，也能引起免疫抑制。因此，仅依赖于AhR的毒性评价体系很可能会导致其毒性风险的低估，同时也提示我们应致力于开发出更敏感的免疫毒性检测方法和评估指标。
综上，本研究结合高内涵筛选技术和代谢组学分析，对THP-1巨噬细胞暴露于氯代多环芳烃及其母体化合物的免疫毒性和内源代谢展开了系统的研究，首次证实了Cl-PAHs在不激活AhR的情况下能诱导免疫抑制毒性，为更好地理解免疫功能障碍和代谢异常之间的相关性提供了数据支持，也为开发敏感的免疫毒性检测方法提供了依据。
以上研究工作得到了科技部重点领域创新团队项目，国家自然科学基金重大科研仪器研制项目和广东省基金的资助。
作者简介：
第一作者：李心砚
广东工业大学生态环境与资源学院，博士后。研究方向为环境污染物的免疫毒性研究与高通量的毒理评价新方法开发，在国际知名杂志Environ. Sci. Technol. 和Environ. Pollut. 等期刊上已发表多篇SCI学术论文。主持广东省自然科学基金1项。
通讯作者：栾天罡
教授，博士生导师，广东工业大学副校长，主要研究方向为污染物环境分析与生态毒理。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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