乙酰氨基啶蚜脒是一种广泛使用的新烟碱类农用杀虫剂，其在环境和食物链中累积并可被人体检测到。既有证据表明乙酰氨基啶蚜脒可通过诱导氧化应激损伤线粒体功能，从而引发生物大分子的损伤和细胞凋亡。线粒体电子传递链 (包括复合体 I、II、IV) 功能受损，会增加活性氧生成，削弱线粒体内抗氧化防御，并通过调控PGC-1α等信号影响线粒体生物合成与解偶联。小檗碱 (berberine) 为天然植物生物碱，具有抗氧化、抗炎和抗凋亡活性。本研究目的为在大鼠肝组织中系统评估小檗碱对乙酰氨基啶蚜脒诱导的线粒体功能障碍与凋亡的保护作用，重点检测线粒体复合体活性、线粒体亚基及抗氧化基因的转录变化，以及Bax/Bcl-2/caspase-3蛋白水平和超微结构变化。

研究过程与结果

本研究以成年雄性威斯塔大鼠为模型，将动物随机分为四组：对照组、小檗碱单独给药组 (150 mg/kg体重，经胃内灌胃)、乙酰氨基啶蚜脒暴露组 (剂量为21.7 mg/kg体重，相当于半数致死量的十分之一)、以及小檗碱预处理后与乙酰氨基啶蚜脒共处理组。所有处理连续给药21天，实验结束后分离肝线粒体、提取全蛋白与总RNA，并开展线粒体复合体活性测定、半定量PCR、蛋白质印记及透射电镜观察。

在线粒体复合体活性方面，乙酰氨基啶蚜脒暴露显著抑制复合体I、II、IV的活性，分别下降约39%、31%和37%；而在小檗碱预处理的共处理组，这些活性分别恢复约68%、63%和65%，对照组与小檗碱单独用药组间无显著差异 (见图1)。

图1. BBR补充和ACMP暴露对不同实验组肝组织分离线粒体的 (a) 复合体I、(b) 复合体II和 (c) 复合体IV活性的影响。结果以5只大鼠的平均值 ± 标准差表示。*** 表示与对照组大鼠相比差异有显著性 (p < 0.001)。### 表示与ACMP暴露组大鼠相比差异有显著性 (p < 0.001)。

半定量PCR结果显示，乙酰氨基啶蚜脒显著下调线粒体编码的复合体亚基ND1、ND2 (复合体I) 及COX1、COX4 (复合体IV) 的mRNA表达；小檗碱预处理可显著改善上述亚基的转录水平 (见图2)。

图2. BBR补充和ACMP暴露对不同实验组肝组织线粒体复合物亚基mRNA表达的影响。相对于β-actin的 (b) ND1，(c) ND2，(d) COX1和 (e) COX4的平均相对mRNA水平。结果以3只大鼠的平均值 ± SD表示。与对照组大鼠相比，** 表示p < 0.01，*** 表示p < 0.001；与ACMP暴露大鼠相比，# 表示p < 0.05，## 表示p < 0.01，NS表示无显著性差异。

为评估线粒体内抗氧化系统与生物合成相关基因的变化，研究检测了PGC-1α、MnSOD与UCP-2的mRNA水平。乙酰氨基啶蚜脒暴露导致PGC-1α、MnSOD、UCP-2分别下调约51%、38%和25%；而小檗碱预处理分别使这些基因表达上调约48%、31%和19%，提示小檗碱可部分恢复线粒体抗氧化防御与功能调控 (见图3)。

图3. BBR补充和ACMP暴露对不同实验组肝组织线粒体抗氧化酶mRNA表达的影响。通过密度分析法，以β-actin为参照分析了 (b) PGC-1α、(c) MnSOD和 (d) UCP-2的平均相对mRNA水平。结果以3只大鼠的平均值 ± 标准差 (SD) 表示。与对照组大鼠比较，*** 表示p < 0.001的显著性。与ACMP暴露组大鼠比较，# 表示p < 0.05的显著性，## 表示p < 0.01的显著性，### 表示p < 0.001的显著性。

在凋亡相关蛋白水平方面，蛋白质印记显示乙酰氨基啶蚜脒使抗凋亡蛋白Bcl-2降低约36%，促凋亡蛋白Bax与执行者caspase-3分别上调约41%和35%；小檗碱预处理则显著抑制Bax与caspase-3的升高 (分别下降约61%和72%)，并将Bcl-2水平恢复约54%，提示小檗碱可通过调控Bax/Bcl-2比值与caspase级联而抑制线粒体依赖性凋亡 (见图4)。

图4. (a) Western印迹显示BBR补充和ACMP暴露对不同实验组肝组织凋亡标志蛋白的影响。相对于β-肌动蛋白的 (b) Bax，(c) Bcl-2和 (d) caspase-3的相对表达。结果以3只大鼠的均值 ± 标准差表示。*** 表示与对照组大鼠相比差异具有统计学意义 (p < 0.001)。# 表示与ACMP暴露大鼠相比差异具有统计学意义 (p < 0.05)。

透射电镜观察表明，对照组与小檗碱单独给药组肝细胞超微结构正常；而乙酰氨基啶蚜脒暴露组出现染色质浓缩、线粒体结构破坏、线粒体丢失及内质网受损等病理改变；小檗碱预处理在很大程度上维持线粒体形态与内质网完整，减轻染色质和线粒体的超微损伤 (见图5)。上述结果均以适当统计方法检验，组间差异具有统计学意义 (p ≤ 0.05)。

图5. 代表肝组织透射电子显微镜照片的图像：(a) 对照组；(b) BBR处理组，显示细胞核 (NU)、线粒体 (Mt) 和内质网 (ER) 的正常分布；(c) ACMP暴露组，显示染色质凝聚 (红色箭头)、线粒体破坏 (黄色箭头)、线粒体丢失 (红色星号) 以及内质网情况；(d) BBR与ACMP联合处理组，显示线粒体的正常形态和分布。

研究总结

本研究在大鼠肝组织中证明，小檗碱对乙酰氨基啶蚜脒诱导的线粒体功能障碍与凋亡具有明显的缓解作用。具体表现为小檗碱可恢复被抑制的线粒体复合体I、II、IV活性，调控线粒体编码亚基ND1、ND2、COX1、COX4的转录水平，上调PGC-1α、MnSOD与UCP-2的表达，从而改善线粒体内抗氧化防御；同时小檗碱能降低促凋亡蛋白Bax与caspase-3水平、提高抗凋亡蛋白Bcl-2水平，并在超微结构上维持线粒体与内质网的完整。文章指出，这是首次系统评估小檗碱在农药诱导的肝线粒体损伤模型中的保护潜能，提示小檗碱可能作为线粒体功能障碍相关毒性情形中的潜在缓解剂；后续仍需进一步阐明其精确分子机制与不同给药方案的适用性。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2903450

JoX 期刊介绍

主编：François Gagné, Environment and Climate Change Canada, Canada

期刊主题涵盖异型生物质毒素、异型生物质药理学、环境有害异物、内分泌干扰物、氧化应激、抗生素、生物标记物、纳米粒子、塑料微粒、农药、除草剂。期刊现已被 Scopus, ESCI (Web of Science), PubMed 等数据库收录。

2024 Impact Factor：4.4

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