丙烷神经毒剂可诱导脑类器官的内质网应激和细胞凋亡

有机磷化合物(OPs)是一类具有高度危害性的神经毒剂，广泛应用于阻燃剂、增塑剂、农药等领域。它们通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)导致乙酰胆碱(ACh)积累，引发严重的神经毒性。尽管已有研究揭示了OPs对神经系统的影响，但其确切机制仍不明确。内质网(ER)应激是一种保护性细胞机制，由错误折叠或未折叠蛋白质的积累激活，可能导致细胞死亡和凋亡途径的激活。然而，关于OPs是否诱导内质网应激及其在神经毒性中的作用，目前研究较少。

2025 年 3 月 28 日，桂林医科大学陈辉发表在Febs Open Bio上题为Soman induces endoplasmic reticulum stress and apoptosis of cerebral organoids via the GRP78-ATF6-CHOP signaling pathway的研究利用由人类诱导多能干细胞(iPSCs)衍生的脑类器官，探讨了OPs中的丙烷(soman)是否诱导内质网应激及其对细胞凋亡的影响。脑类器官能够更准确地模拟人类大脑的发育和生理过程，是研究神经毒性的理想模型。研究结果表明，索曼显著激活了GRP78-ATF6-CHOP信号通路，诱导内质网应激并驱动脑类器官的细胞凋亡。此外，通过4-苯基丁酸(4-PBA)抑制内质网应激，可显著减轻索曼诱导的凋亡信号。

图示描述

1) iPSCs和脑类器官的鉴定。图1展示了从人类诱导多能干细胞(iPSCs)生成脑类器官的过程。A图显示了脑类器官的形成过程，B图通过免疫荧光染色确认了iPSCs的干细胞特性(SOX2和OCT4阳性)。C图显示了成熟脑类器官中少突胶质细胞(GALC阳性)和星形胶质细胞(GFAP阳性)。D图和E图分别显示了未成熟神经元(TBR1阳性)和成熟神经元(MAP2阳性)。F图和G图通过FOXG1、reelin、CTIP2和SATB2的染色，揭示了脑类器官中不同皮层位置的形成。

2) Soman对AChE活性和细胞凋亡的影响。图2展示了Soman对脑类器官中乙酰胆碱酯酶(AChE)活性和细胞凋亡的影响。B图显示Soman以浓度依赖性方式抑制AChE活性，IC50为17.09 nmol/L。C图通过透射电子显微镜(TEM)观察到Soman暴露后细胞凋亡的形态学特征。D图通过TUNEL染色显示Soman暴露后凋亡细胞显著增加，E图的定量分析表明TUNEL荧光强度从0.43增加到19.33 AU。

3) Soman激活脑类器官中的内质网应激。图3通过免疫荧光、qPCR和Western blot分析，证实了Soman在脑类器官中激活了内质网应激。A图和B图显示Soman暴露6 h后，GRP78和CHOP的蛋白表达显著增加。C图至E图显示Soman处理后，GRP78、ATF6和CHOP的mRNA水平显著上调。F图至K图通过Western blot进一步确认了GRP78、ATF6和CHOP蛋白水平的显著增加。

4) 4-PBA对Soman诱导的细胞凋亡的保护作用。图4展示了内质网应激抑制剂4-PBA对Soman诱导的细胞凋亡的保护作用。A图通过TUNEL染色显示4-PBA预处理显著降低了Soman诱导的细胞凋亡。B图的定量分析表明4-PBA处理组的荧光强度显著低于Soman单独处理组。C图至H图通过Western blot显示4-PBA显著降低了GRP78蛋白水平，ATF6和CHOP蛋白水平也有所下降。

5) Soman在大鼠脑中诱导内质网应激。图5通过qPCR和Western blot分析，证实了Soman在大鼠海马和纹状体中诱导了内质网应激。A图和B图显示Soman暴露后，海马和纹状体中GRP78、ATF6和CHOP的mRNA水平显著增加。C图至F图通过Western blot进一步确认了GRP78和CHOP蛋白水平的显著增加，与脑类器官中的结果一致。

全文总结

本研究发现丙烷(Soman)通过激活GRP78-ATF6-CHOP内质网应激通路显著抑制AChE活性，诱导脑类器官细胞凋亡。4-PBA预处理可减轻凋亡信号并降低相关蛋白表达，表明调控ER应激是潜在的治疗策略。研究采用脑类器官和大鼠模型，首次证实丙烷激活ATF6/GRP78/CHOP通路，揭示ER应激在丙烷神经毒性中的关键作用。3D脑类器官模型有望成为评估有机磷神经毒性的重要工具，为开发神经保护策略提供新方向。