J Hazard Mater (1區, IF=11.3) I 環境污染物BaP誘發NAFLD樣改變：肝臟衰老與腸—肝軸紊亂成為關鍵線索!（劉廣緒—浙江大學）

2026年5月，浙江大學動物科學學院劉廣緒團隊、浙江省海洋水產研究所等，聯合中泰海洋技術聯合實驗室，在Journal of Hazardous Materials（中科院1區Top，2024 Impact Factor = 11.3）在線發表題為 “Benzo[a]pyrene induces non-alcoholic fatty liver disease by exacerbating hepatic senescence and disrupting gut-liver axis in zebrafish” 的研究論文。該文于2025年12月26日投稿，2026年5月8日修回，2026年5月9日接收，2026年5月14日在線發表。

該研究以苯并[a]芘（benzo[a]pyrene，BaP）作為代表性多環芳烴（PAHs），采用斑馬魚模型評估環境相關濃度 BaP 暴露對肝臟健康的影響。研究發現，BaP 暴露 4 周后可誘導斑馬魚出現非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）樣改變，表現為肝臟脂滴積累增加，TG、T-CHO、FFA 和 TBA 水平升高，并伴隨脂質合成增強、脂質分解代謝受抑。機制上，BaP 可激活芳香烴受體（AHR）信號通路，引發 DNA 損傷和細胞周期調控異常，加重肝臟衰老、炎癥反應和線粒體功能障礙；同時，BaP 還會破壞腸道屏障，誘導腸道菌群失衡，提高血清脂多糖（LPS）水平，并進一步激活肝臟 LPS 相關信號通路。該研究提示，環境 BaP 暴露可能通過“肝臟衰老加重”和“腸–肝軸紊亂”兩條路徑共同促進 NAFLD 樣病變發生，為認識環境污染物與脂肪性肝病之間的聯系提供了新的實驗依據。

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【摘要】

多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一類廣泛存在于環境中的污染物，其中苯并[a]芘（benzo[a]pyrene，BaP）可能損害肝臟健康，并參與非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的發生發展。然而，BaP 誘導肝毒性的具體機制仍未得到充分闡明。

本研究旨在評估環境相關濃度 BaP 暴露的肝毒性風險，并進一步揭示其促進 NAFLD 進展的潛在機制。研究人員將斑馬魚暴露于 BaP 4 周后，通過組織病理學觀察、生化檢測和基因表達分析評估肝臟健康狀況，重點關注脂質代謝、肝細胞衰老以及腸–肝軸完整性。

結果顯示，BaP 暴露可誘導肝臟脂肪蓄積，并升高甘油三酯（TG）、總膽固醇（T-CHO）、游離脂肪酸（FFA）和總膽汁酸（TBA）水平，同時伴隨脂質合成上調和脂質分解代謝受抑。BaP 還激活芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）信號通路，引發 DNA 損傷，擾亂細胞周期調控，并加重肝臟衰老，從而導致炎癥反應和線粒體功能障礙。

此外，BaP 暴露還會損害腸道屏障功能，誘導腸道菌群失衡，并升高血清脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）水平，進而激活其受體及下游肝臟信號通路。

綜上，本研究提示，BaP 可能通過加重肝臟衰老和破壞腸–肝軸誘導 NAFLD。這些發現提示，環境 BaP 暴露對肝臟健康的潛在風險可能被低估，未來仍需在哺乳動物模型和人群研究中進一步驗證。

01

研究背景及科學問題

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是目前全球最常見的慢性肝病，其主要特征是在沒有飲酒因素參與的情況下，肝細胞出現脂肪變性和過量脂質蓄積。現有估計顯示，全球超過 30% 的人群受到 NAFLD 影響，到 2040 年其患病率預計可能達到 55.4%。NAFLD 可進一步進展為非酒精性脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化，甚至肝細胞癌。隨著患病率持續升高，NAFLD 與肝病相關死亡風險增加密切相關，也已成為重要的全球公共衛生和經濟負擔。由于目前尚缺乏獲批的靶向藥物治療方案，深入理解 NAFLD 的發病機制，對于疾病預防和管理具有重要意義。

過去十年中，越來越多的流行病學和實驗研究證據顯示，環境污染物暴露可能與 NAFLD 的發生發展有關，例如砷、微/納米塑料、重金屬、農藥以及多環芳烴（PAHs）。其中，PAHs 是由兩個或多個稠合苯環組成的一類化學物質，主要來源于有機物不完全燃燒。由于 PAHs 在環境中普遍存在，并具有明確的生物毒性，因此受到廣泛關注。除已有研究充分證實的遺傳毒性、致突變性、致畸性和致癌性外，近年來也有研究提示，某些 PAHs 可能作為環境誘因參與 NAFLD 的發生。苯并[a]芘（BaP）是最具代表性的 PAHs 之一，越來越多的體內和體外研究表明，BaP 可在模式生物中誘導典型 NAFLD 樣癥狀。然而，PAHs，尤其是 BaP 誘導 NAFLD 的機制仍未完全明確。

新近證據表明，肝臟穩態不僅與肝細胞衰老有關，也與腸道健康密切相關。與正常肝細胞相比，衰老肝細胞會分泌更多促炎細胞因子、趨化因子和生長因子，這些分子共同構成衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP），可能損害肝臟正常生理功能。此外，有關抗生素的研究顯示，腸道屏障破壞和腸道菌群失衡可通過“腸–肝軸”串擾顯著影響肝臟健康。鑒于 BaP 是一種已知環境致突變物，并且已有研究部分報道其可對腸道健康產生不良影響，BaP 可能通過加重肝細胞衰老和破壞腸–肝軸穩態來損害肝臟健康。然而，BaP 對肝細胞衰老和腸–肝軸的影響，以及這些變化與 NAFLD 進展之間的因果關聯，目前仍缺乏系統闡明。

為更好理解 PAHs 的健康風險，本研究以 BaP 作為代表性 PAH 同系物，采用斑馬魚（Danio rerio）模型，通過組織病理學觀察和生化分析，評估環境相關濃度 BaP 暴露對肝臟健康的影響。除檢測經典衰老生物標志物外，研究還考察了 AHR 信號通路、DNA 損傷、細胞周期進程、SASP 釋放和線粒體功能，以闡明 BaP 如何影響肝細胞衰老。同時，研究通過分析腸道機械屏障和生物屏障完整性、血漿腸源性 LPS 水平，以及相應肝臟受體和下游通路的激活狀態，進一步評估 BaP 對腸–肝軸的影響。

02

重要發現及亮點

BaP 暴露誘導斑馬魚肝臟脂質沉積和 NAFLD 樣改變

與對照組相比，斑馬魚暴露于 BaP 4 周后，肝體指數（hepatosomatic index，HSI）、肥滿度（K-factor）以及肝臟酶活性，包括天冬氨酸氨基轉移酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和堿性磷酸酶（ALP）均顯著下降，同時肝臟出現明顯空泡化改變。

油紅 O 染色顯示，BaP 暴露后斑馬魚肝臟脂滴明顯積累。與對照組相比，低劑量 BaP 組（BaP_L，0.6 μg/L）和高劑量 BaP 組（BaP_H，6 μg/L）的肝臟脂滴水平分別升高約 1.81 倍和 3.99 倍。進一步檢測發現，高劑量 BaP 組肝臟 TG、T-CHO 和 FFA 水平均顯著升高；低劑量 BaP 組則表現為 T-CHO 和 TBA 水平升高。同時，肝臟脂肪酶活性明顯下降，低劑量組下降 22.87%，高劑量組下降 52.52%。

基因表達分析進一步支持了 BaP 對脂質代謝的擾動作用。RT-qPCR 結果顯示，兩種 BaP 暴露條件下，脂質合成相關基因 fasn、acc、dgat2、scd、hmgcra 和 screbf1 整體明顯上調，低劑量組僅有少數例外。相反，脂質分解代謝相關基因 pparab、acox1 和 cpt1aa 明顯下調。此外，脂質轉運相關基因 cd36、mttp 和 apoba 的表達也受到 BaP 暴露顯著影響。這些結果說明，BaP 可通過增強脂質合成、抑制脂質分解和擾亂脂質轉運，促進斑馬魚肝臟脂質蓄積。

圖1：斑馬魚分別暴露于 0、0.6 和 6 μg/L BaP 4 周后，肝臟油紅 O 染色代表性圖像（A）、脂滴比例定量結果（B）、TG 含量（C）、T-CHO 含量（D）、FFA 含量（E）、TBA 含量（F）、脂肪酶活性（G），以及脂質合成相關基因（H）、脂質分解代謝相關基因（I）和脂質轉運相關基因（J）的表達水平。放大倍數為 400×，比例尺為 50 μm；圖1A 中黑色箭頭表示代表性脂滴。數據以均值 ± 標準誤（SE）表示，圖1B 和圖1H–J 中 n = 3，圖1C–G 中 n = 6；帶有不同上標字母的數據表示差異顯著。

BaP 加重肝臟衰老、炎癥樣分泌表型和線粒體功能紊亂

研究進一步評估了 BaP 對斑馬魚肝臟衰老的影響。結果顯示，低劑量 BaP 組肝臟衰老相關 β-半乳糖苷酶（senescence-associated β-galactosidase，SA-β-Gal）活性未出現顯著變化，但高劑量 BaP 組顯著升高，達到對照組的 14.62 倍。脂褐素含量也在 BaP 暴露后明顯增加，低劑量組和高劑量組分別為對照組的 1.59 倍和 1.90 倍。

除低劑量組 IL-1α 外，BaP 處理斑馬魚肝臟中 IL-1α、IL-8、MCP-1、CXCL-1 和 TGF-β 等 SASP 分子水平均較對照組顯著升高，提示肝臟衰老相關炎癥微環境被激活。與此同時，肝臟活性氧（reactive oxygen species，ROS）特異性熒光信號明顯增強，低劑量組和高劑量組分別約為對照組的 2.07 倍和 2.65 倍。

線粒體功能和氧化應激指標也發生顯著變化。BaP 暴露顯著降低肝臟線粒體復合物 I 活性、谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）活性和總抗氧化能力（T-AOC），其中低劑量組 GPx 活性例外；同時，兩種暴露組肝臟丙二醛（MDA）水平均明顯升高。這說明 BaP 暴露不僅誘導肝臟衰老，還伴隨炎癥因子釋放、線粒體功能障礙和氧化損傷增強。

圖2：斑馬魚分別暴露于 0、0.6 和 6 μg/L BaP 4 周后，肝臟 SA-β-Gal 染色代表性圖像（A）、SA-β-Gal 陽性區域占觀察組織總面積比例的定量結果（B）、脂褐素含量（C）、5 種肝臟 SASP 分子水平（D）、ROS 特異性熒光染色代表性圖像（E）、ROS 熒光強度定量結果（F），以及線粒體復合物 I 活性和氧化應激相關生物標志物水平（G）。圖2A 和圖2E 的放大倍數為 800×，比例尺為 50 μm；圖2A 中黑色箭頭表示代表性 SA-β-Gal 信號，圖2E 中白色箭頭表示 ROS 熒光信號。圖2E 中 DAPI 顯示為藍色，DHE 顯示為紅色，Merge 為合并圖像。數據以均值 ± SE 表示，圖2B 和圖2F 中 n = 3，圖2C、D 和 G 中 n = 6；帶有不同上標字母的數據表示差異顯著。

BaP 激活 AHR 通路并伴隨 DNA 損傷和細胞周期調控異常

為了探索 BaP 誘導肝臟衰老的潛在原因，研究對 AHR 信號通路、DNA 損傷和細胞周期調控進行了分析。分子對接結果顯示，BaP 可與斑馬魚 AHR 形成穩定的疏水相互作用，結合自由能為 ?9.30 kcal/mol，涉及 Ala135、Glu136、Arg175、His179、Pro184、Ile201、Asp204、Met205、Val206、Tyr208 和 Gln267 等關鍵氨基酸殘基。

與對照組相比，兩種 BaP 暴露組中 ahr2、cyp1a1 和 cyp1b1 等 AHR 信號通路相關基因整體上調，其中低劑量組 cyp1a1 例外；同時，肝臟乙氧基間苯二酚-O-脫乙基酶（EROD）活性顯著升高，提示 AHR 通路被激活。

免疫熒光染色進一步顯示，BaP 處理后肝臟 γ-H2AX 水平顯著升高。低劑量組和高劑量組 γ-H2AX 熒光強度分別約為對照組的 1.74 倍和 1.69 倍。與此同時，肝臟 8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）含量也較對照組增加，低劑量組約升高 119%，高劑量組約升高 72%。這些結果提示 BaP 暴露可誘導 DNA 雙鏈斷裂和氧化性 DNA 損傷。

此外，BaP 暴露顯著改變斑馬魚肝臟中 5 種關鍵細胞周期調控蛋白的表達水平，包括 p53、p21、p16、CDK2 和 cyclinD1。結合前述結果，BaP 可能通過激活 AHR 信號通路，引發 DNA 損傷，并擾亂細胞周期調控，進而促進肝臟衰老。

圖3：BaP-AHR（Danio rerio）結合復合物的三維結構、關鍵能量貢獻殘基及疏水相互作用模式（A）、AHR 信號通路相關基因表達水平（B）、EROD 活性（C）、γ-H2AX 免疫熒光染色代表性圖像（D）、γ-H2AX 熒光強度定量結果（E）、8-OHdG 含量（F），以及斑馬魚分別暴露于 0、0.6 和 6 μg/L BaP 4 周后，肝臟關鍵細胞周期調控蛋白表達水平（G；p53、p21、p16、CDK2 和 cyclinD1）。圖3D 中白色箭頭表示 γ-H2AX 免疫熒光信號；DAPI 顯示為藍色，γ-H2AX 顯示為綠色，Merge 為合并圖像。數據以均值 ± SE 表示，圖3B 和圖3E 中 n = 3，圖3C、F 和 G 中 n = 6；不共享相同上標字母的數據表示差異顯著。圖3D 的放大倍數為 400×，比例尺為 50 μm。

BaP 破壞腸道屏障和腸道菌群，激活肝臟 LPS 相關信號

研究隨后評估 BaP 對腸–肝軸的影響。結果顯示，低劑量 BaP 組腸道黏液細胞豐度未發生顯著變化，但高劑量 BaP 組黏液細胞明顯減少，與對照組相比下降 72.14%。同時，BaP 暴露后，編碼緊密連接蛋白的基因 cldn5a、oclna 和 zo-1b 表達顯著下調，提示腸道機械屏障完整性受到損害。

在腸道菌群方面，高劑量 BaP 組不僅操作分類單元（operational taxonomic units，OTUs）數量減少，Shannon 指數和 Simpson 指數也顯著降低，說明腸道菌群多樣性下降。主成分分析（PCA）顯示，高劑量 BaP 組腸道菌群結構與對照組明顯分離。分類學分析進一步發現，BaP 暴露導致 Firmicutes 相對豐度及 Firmicutes/Bacteroidetes（F/B）比值顯著降低，同時 Proteobacteria 相對豐度顯著升高。此外，高劑量 BaP 組 Aeromonas 的相對豐度約為對照組的 4.79 倍。

腸道屏障和菌群變化進一步反映在循環 LPS 水平上。與對照組相比，BaP 暴露使血漿 LPS 水平升高，低劑量組約升高 1.31 倍，高劑量組約升高 1.26 倍。除低劑量組部分指標外，肝臟中 LPS 受體相關基因 lbp 及其下游信號通路組分 tlr4ba、ticam1、rela 和 tnfa 的表達顯著上調。這表明 BaP 破壞腸道屏障并誘導菌群失衡后，可能促進腸源性 LPS 入血，并進一步激活肝臟 LBP/TLR4/NF-κB 相關信號，從而參與 NAFLD 樣改變。

圖4：斑馬魚分別暴露于 0、0.6 和 6 μg/L BaP 4 周后，腸道黏液細胞 AB-PAS 染色代表性圖像（A）、黏液細胞豐度定量結果（B）、編碼緊密連接蛋白的基因表達水平（C）、腸道菌群 Shannon 指數（D）和 Simpson 指數（E）以及主成分分析（PCA）（F）、血清 LPS 含量（G），以及肝臟 lbp 及其下游基因表達水平（H）。放大倍數為 200× 和 800×，比例尺為 50 μm；圖4A 中黑色箭頭表示代表性黏液細胞。數據以均值 ± SE 表示，圖4B–E 和 H 中 n = 3，圖4G 中 n = 6；帶有不同上標字母的數據表示差異顯著。

脂質代謝、肝臟衰老與腸–肝軸紊亂之間存在相關性

研究最后采用 Spearman 秩相關分析，進一步考察肝臟脂質譜改變、肝臟衰老加重，包括 SASP 釋放和氧化應激，以及腸–肝軸破壞之間的關系。

結果顯示，脂質代謝參數與肝臟衰老指標、腸–肝軸相關指標之間存在顯著相關。T-CHO 與 T-AOC 呈正相關，而與 tlr4ba 和 tnfa 呈負相關；TG 與脂褐素呈負相關；FFA 與 TGF-β 呈正相關，而與 GPx 呈負相關。此外，部分肝臟衰老參數與腸–肝軸參數之間也存在明顯相關性。需要注意的是，相關性分析不能直接等同于因果關系，但這些結果提示 BaP 誘導的脂質代謝紊亂、肝臟衰老和腸–肝軸異常之間可能存在相互聯系。

【Citation】:Shu, Y., Hu, K., Gong, C., Yu, Y., Shan, C., Ge, X., Yu, H., Shi, W., & Liu, G. (2026). Benzo[a]pyrene induces non-alcoholic fatty liver disease by exacerbating hepatic senescence and disrupting gut-liver axis in zebrafish.Journal of Hazardous Materials, 512, 142365.

【貢獻】★★★★★

綜上所述，環境相關濃度 BaP 暴露可通過加重肝臟衰老并破壞腸–肝軸穩態，在斑馬魚中誘發 NAFLD 樣改變。不過，相關機制仍需進一步深入研究。

例如，未來可采用轉錄組、蛋白質組和代謝組等多組學方法，從分子層面探討上述不同毒性通路之間的相互作用。隨著分子技術發展和特異性藥理學工具不斷完善，后續也有必要在模式生物中開展更嚴格的因果驗證，例如遺傳學或藥理學挽救實驗。此外，BaP 誘導斑馬魚 NAFLD 樣癥狀是否存在性別差異，也應納入未來研究范圍。

鑒于 BaP 已在空氣、水體以及多種食品中被廣泛檢出，包括加工肉制品、乳制品和食用油等，環境 BaP 殘留對人類和其他生物肝臟功能的潛在風險值得更多公共關注，并需要開展系統評估。

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