柴油机尾气颗粒物及关键组分苯并[a]芘通过靶向氧感受器调控无氧代谢促进心肌缺血缺氧损伤

作者：殷昊; 张泽; 吴柳; 王颖竹; 郑玉新; 晋小婷^*

来源：环境与职业医学, 2023, 40(05): 491-499.

DOI：10.11836/JEOM22416

• 柴油机尾气颗粒物
• 苯并[a]芘
• 缺血缺氧损伤
• 缺氧诱导因子-1α
• 氧感受器
• 无氧代谢

[背景]柴油机尾气颗粒物(DPM)及其多环芳烃(PAH)组分暴露与缺血性心脏病(IHD)的发病和死亡密切关联，但DPM暴露作用于心肌缺血缺氧损伤的关键组分、作用机制和靶点尚不清楚。[目的]探讨DPM作用心肌缺氧损伤的关键PAH组分，阐明氧感受器调控的无氧代谢在DPM及关键PAH组分致缺氧损伤中的作用，以及关键PAH组分作用靶点。[方法]采用人源心肌细胞系AC16细胞，于2%O2条件下，在完全培养基或低血清培养基中经0、1、5、10μg·mL-1的DPM暴露12 h，采用蛋白免疫印记法测定缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)、Bax、裂解半胱天冬酶3(Cleaved-caspase3)蛋白表达，筛选出DPM促进缺血缺氧效应更加明显的培养基条件。正常条件下PAH暴露12 h，检测细胞活力。在缺血缺氧模型中，选择0、0.005、0.5、5μg·mL-1 PAH暴露12 h，测定HIF-1α、Bax和Cleaved-caspase3蛋白表达。DPM或PAH暴露12 h后，测量细胞中丙酮酸和乳酸的含量。并使用糖酵解抑制剂GSK2837808A进行预处理，探究糖酵解在DPM及苯并[a]芘(BaP)诱导缺氧损伤中的作用。采用分子对接技术分析PAH与氧感受器缺氧诱导因子脯氨酰羟化酶(PHD2)和天冬酰胺羟化酶(FIH1)之间的结合亲和力，进一步测定DPM或BaP处理12 h后PHD2、FIH1和羟基化缺氧诱导因子-1α(OH-HIF-1α)蛋白表达。[结果]缺氧条件下，低血清培养基中DPM暴露后，HIF-1α、Bax和Cleaved-caspase3表达变化明显(P <0.01)，选择缺氧低血清培养基作为模拟缺血缺氧的基础条件。蒽未诱导细胞活力降低(P> 0.05)，其余PAH在1μg·mL-1以上时诱导细胞活力降低(P <0.05)。与对照组相比，不同浓度BaP暴露均上调HIF-1α蛋白表达(P <0.05)，并且0.5和5μg·mL-1 BaP暴露诱导Bax和Cleaved-caspase3蛋白水平升高(P <0.01)。1、5和10μg·mL-1 DPM或0.5和5μg·mL-1BaP暴露后，均诱导细胞内丙酮酸和乳酸含量增加(P <0.05)。与DPM或BaP暴露12 h相比，糖酵解抑制剂共处理组HIF-1α、Bax和Cleaved-caspase3蛋白水平减少(P <0.05)。5种PAH与氧感受器PHD2与FIH1的结合能力均较强，其中BaP最强。与对照组相比，DPM或BaP暴露不影响PHD2与FIH1蛋白水平(P> 0.05)，但BaP暴露下调OH-HIF-1α蛋白水平(P <0.01)。[结论] BaP暴露可以促进心肌细胞缺氧及损伤，是DPM作用于心肌缺血缺氧损伤的关键PAH组分。BaP暴露通过结合PHD2，抑制PHD2对HIF-1α的羟基化作用，减少OH-HIF-1α蛋白水平，诱导HIF-1α积累，继而调控心肌细胞无氧代谢增加，促进心肌细胞缺血缺氧损伤。

• 单位
  公共卫生学院; 青岛大学