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食品中添加的化学物质的免疫毒性研究

食品中添加的化学物质的免疫毒性研究



总体而言,我们感到惊讶的是,链长短于10个氟化碳的PFAS在ToxCast中的免疫相关测定中显示出有限的影响或没有影响,因为经过同行评审的科学文献和权威机构评估报告说,PFAS类的多个成员,包括PFNA,PFOS ,以及PFOA以及PFAS混合物,在实验室动物研究和人类流行病学研究中均显示出对免疫系统的毒性[35,47]。



3.5. TBHQ的ToxCast与免疫数据的相关性分析

在我们的分析中,TBHQ成为一种在高通量分析和免疫学研究中均具有强大数据可用性的化学品的例子。根据PubMed搜索,我们确定了过去十年发表的研究中报告的TBHQ的特定分子靶标(附录A表A2),并将其与ToxCast数据进行了比较。

免疫学研究表明TBHQ对免疫功能和参数的影响,包括T细胞,B细胞和NK细胞功能的改变。多项研究报告了TBHQ的作用,包括增加Nrf2表达和转录活性,降低NFκB转录活性,降低细胞表面受体CD69和

CD25以及对IL-2和IFN-γ分泌的抑制[45,46,53,57,58],如表6所示。

此外,Koh等。 [59]报道,TBHQ减弱了促炎性介质TNFα,IL-1β,IL-6和前列腺素E2的产生。尽管先前研究中报告的大多数TBHQ分子靶标都没有相应的ToxCast检测方法,但有六个靶标进行了此类检测(表6)。

  表6.具有ToxCast分析的受TBHQ影响的细胞和分子靶标。

具有ToxCast分析的受TBHQ影响的细胞和分子靶标。.png


  注意:*具有在ToxCast中识别的几个数据质量标记的主动检测。



4. 讨论


2020年,COVID-19大流行激发了公众和科学界对可能影响免疫系统的环境因素的关注[60]。为了实现这一重要目标,我们的研究调查了使用高通量ToxCast数据评估免疫毒性的情况。我们专注于添加到食品中的化学物质,在ToxCast [32,33,61]中可以很好地说明这一点。除了直接的食品添加剂外,我们的研究还包括PFAS,这些物质不被认为是食品添加剂,但由于从食品接触材料中迁移出来而最终进入食品中[37,38,41]。美国大多数食品添加剂是几十年前批准的,无需制造商进行新的毒性研究就可以投放市场[62]。尽管美国FDA食品成分安全性审查指南提到了免疫毒性评估[63],但先前批准的添加剂不需要进行此类测试。对于食品接触性物质,美国FDA指南仅针对每日高暴露量的物质进行免疫毒性研究[64]。最近的出版物指出,接触食物接触物质的总程度及其对健康和环境的影响仍是未知的[65],并呼吁对食物接触物质的发育性免疫毒性评估进行其他研究[66]。


分析ToxCast数据集以寻找与免疫系统相关的检测靶标,我们发现了几种不同的情况:(1)体外筛选未显示出体内研究预期的结果; (2)体外筛选数据与免疫学研究一致的; (3)体外筛查数据表明免疫系统存在以前未曾报道过的风险,应进一步研究(表7)。

 

分析ToxCast数据集以寻找与免疫系统相关的检测靶标,我们发现了几种不同的情况.png



 

对于TBHQ和全氟十一烷酸,ToxCast数据表明多个免疫相关终点均被激活,这与实验室动物或流行病学研究的可用证据相符。相比之下,食用色素FD&C Red 3具有ToxCast数据提示有免疫毒性,但缺乏动物和流行病学证据,而PFOA在具有免疫目标的ToxCast分析中并未显示出强大的活性,但在毒理学和流行病学研究中却具有强有力的免疫毒性证据。高通量数据与“经典”毒理学,流行病学或免疫学研究不一致的例子表明,当前的ToxCast数据集不足以确认缺乏免疫毒性。


FD&C Red 3的数据特别吸引人。最近,Chappell等。报道称该化合物在几种与神经发育过程相关的ToxCast分析中显示出活性[67]。在PubMed搜索中,我们无法鉴定出测试该着色剂的免疫系统作用的研究。FD&C Red3对ToxCast中免疫相关靶标的强大活性向我们表明,应该进一步分析该终点。


根据动物和机理研究中显示的TBHQ免疫活性的数据,评估TBHQ如何影响人的免疫系统非常重要。尽管鼠类和人类免疫系统存在差异,包括免疫细胞群比率以及某些趋化因子的存在与否,但大多数免疫细胞转录组在小鼠和人类之间是保守的[68,69]。对于TBHQ,我们注意到在小鼠或鼠类细胞(附录A表A2)的测定中鉴定的免疫靶标与用于BioSeek测定的原代人细胞中的ToxCast靶标(表6)之间存在一致性。需要更多的研究来阐明TBHQ对免疫参数的潜在影响,例如抗感染,抗肿瘤免疫反应和自身免疫反应性。最近的一项研究报道,腹膜内注射TBHQ会招募先天免疫细胞,并使小鼠对小鼠巨细胞病毒感染的敏感性降低[53]。相反,另一项研究报道,饮食中接触TBHQ会削弱NK细胞对流感感染的细胞毒性[44]。这些不同的结果可能与TBHQ暴露的途径,病毒感染的途径或TBHQ对Th1和Th2辅助T细胞分化的偏斜效应有关[70]。 Th1-Th2细胞平衡的变化代表了一种免疫调节作用,可以影响不同的免疫学终点,例如针对不同类型病原体的反应,变态反应和自身免疫状况,所有这些都是复杂的,精心策划的结果,它们跨越了免疫抑制和免疫系统的定义。免疫增强。

考虑到TBHQ的免疫学活性,为什么先前忽略了该终点仍令人困惑。 TBHQ已由FAO-WHO食品添加剂联合专家委员会报告[71],美国国家毒理学计划(NTP)[72]和欧洲食品安全局[73]进行了审查,这些权威机构均未强调其潜力TBHQ会损害免疫系统。在审查已发表的评估中引用的原始研究时,我们注意到在这些文件中引用了TBHQ对免疫系统的作用,但未进行进一步的审查或调查。NTP观察到饮食中暴露于TBHQ的实验室啮齿动物的脾脏发生了变化,例如脾脏色素沉着(称为铁血黄素)的发生率升高。 NTP报告通过以下方式描述了对脾脏的影响:“这种改变的发病机理仍然不确定,并且生物学意义被认为是微不足道的” [72]。

我们还确定了在1987年与NTP签订的一项为期两周的体内免疫毒性研究。尽管该研究未在同行评审的文献中发表,但在欧洲食品安全局关于TBHQ的报告中被引用[73]。该研究报道,TBHQ暴露会增加脾脏重量,减少中性粒细胞计数,增加NK细胞活性,增加血清补体C3以及增加腹膜粘附细胞的Fc介导的粘附和吞噬作用。这项研究将这些免疫系统的变化描述为对TBHQ的“生理反应”(引自[73])。早期评估中的此类陈述说明了如何忽略化学物质对免疫系统的风险。


在实验室动物的流行病学研究和毒理学实验中证明了PFAS对免疫系统的毒性[47]。生物监测研究广泛记录了人体内PFAS的存在与儿童和成人对疫苗接种的抗体反应减弱有关[35]。一些研究报道了体内PFAS水平与疾病抵抗力降低或感染风险增加之间的相关性[74,75]。据报道,PFAS水平升高与哮喘风险增加之间存在相关性[76],PFAS水平升高与青少年食物过敏性增加之间存在关联[77]。 2020年,欧洲食品安全局将PFAS的免疫毒性确定为对健康的关键影响[35]。


鉴于流行病学发现,ToxCast中缺乏针对PFOA和其他PFAS的免疫相关作用,这为今后的研究提出了重要的问题。某些PFAS在ToxCast中的行为与其在体内的作用之间的差异可能与PFAS与细胞和细胞过程相互作用的性质有关。 PFAS毒性的确切机制仍在研究中,尽管现有数据表明PPARα,NFκB和Nrf2参与[78-82]。先前的研究报道了PFAS对以雌激素受体,过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)α和γ,孕烷X受体和雄激素受体为靶标的ToxCast分析的影响[26]。对PPARα独立的PFAS毒性机制的研究也表明抑制STAT5B [49],这是一种由细胞因子激活并参与免疫细胞发育和自身免疫的转录因子[83]。此外,关于内分泌与免疫系统之间的串扰的研究越来越多[84],PFAS的某些影响可能是内分泌介导的。最后,表5中汇总的ToxCast数据表明6:2 FTOH,PFOA和PFOS在靶向转录因子Nrf2的测定中具有活性。最近的研究已经确定Nrf2是PFAS毒性和小鼠睾丸,肝脏以及青蛙肝脏信号传导的介体[79-81]。但是,PFOA对Nrf2介导的途径的作用似乎与其他已确立的Nrf2活化剂不同[82]。

从结构上讲,此处检查的PFAS与具有碳-氟键而不是碳-氢键的脂肪酸相似。由于其物理化学性质,PFAS可排斥水和脂质。 PFAS与蛋白质靶标结合,例如血清白蛋白[85],过氧化物酶体增殖物激活受体[86]和雌激素受体[87]。 PFAS还与磷脂双层和模型膜相互作用,插入并破坏磷脂膜[88,89]。假设地,PFAS的破坏膜的作用可能转化为对依赖跨膜受体的生理过程的影响,例如免疫识别和对病原体的免疫防御。 PFAS与淋巴细胞和其他细胞类型相互作用的未来机理研究可能能够解决这一假设,并阐明PFAS免疫毒性的分子机制。

PFAS实例显示了目前可用的高通量检测用于免疫毒性筛选的局限性。现有的检测方法可能无法完全反映免疫毒性的可能机制,特别是因为不同的免疫细胞亚群在针对不同传染原和抗肿瘤免疫的免疫防御中发挥着不同的作用[90]。缺乏ToxCast活性并不表示该物质不会影响特定的生物系统,例如免疫系统,因为针对特定结果或毒理学终点的测定可能尚未在ToxCast中进行。相比之下,TBHQ分析支持这种方法的价值,因为在TBHQ的高通量筛选数据与免疫分析结果之间发现了很强的相关性。 FD&C Red 3的未来免疫毒性研究可能会提供更多信息,以探讨不同类型的数据之间的这种关系,并验证该物质的ToxCast结果。


5. 结论

毒理学和高通量筛选数据的共同考虑表明,数十年来直接或间接添加到食品中的化学药品(例如PFAS和TBHQ)可能对免疫系统显示出以前未曾预料到的作用。从公共政策的角度来看,发现长期用于消费品和食品中的物质对人体健康的影响表明,对这些物质的上市前安全性评估不足。我们建议应优先进行免疫毒性测试,以保护公众健康,并且根据我们的估计,免疫毒性分析应该是化学安全性评估不可或缺的一部分。

 

作者贡献:概念化,O.V.N .;方法论和S.P.-G .; S.P.-G.软件;验证和D.Q.A.形式分析,A.M.T.,D.Q.A。和O.V.N .;数据策划,S.E.,TS.S。和U.I.U.写作-原始草稿,O.V.N .;写作-审核和编辑,A.M.T.,D.Q.A.,O.V.N.,S.E.,TS.S。和U.I.U.可视化所有作者均已阅读并同意该手稿的发行版本。


资金:这项工作的部分支持是由美国Leon Lowenstein基金会提供的。

机构审查委员会声明:该研究项目不涉及人类或动物。

数据可用性声明:此分析基于美国EPA ToxCast(https://comptox.epa.gov/dashboard,于2020年9月24日访问)和比较毒物基因组学数据库(http:// ctdbase)的开放访问数据集。于2020年9月24日访问)。

致谢:作者感谢前实习生Ji Rundong在图形设计方面的帮助。

利益冲突:作者声明没有利益冲突。





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