Impactul hepatic și neurologic al contaminanților proveniți din anvelope

Un studiu publicat în Environmental Science and Ecotechnology de cercetătorii de la Universitatea de Agricultură din China de Sud și colaboratorii a investigat efectele toxice cronice ale antioxidanților 6PPD și derivaților săi de oxidare (6PPD-chinon, 6PPDQ) asupra peștilor zebră (Danio rerio), un model animal utilizat frecvent în toxicologie ecologică. Substanțele analizate sunt larg utilizate în industria cauciucului, în special în anvelope, și ajung în medii acvatice prin scurgeri urbane. Scopul principal al studiului a fost de a caracteriza bioacumularea, toxicitatea hepatică, mecanismele moleculare implicate și efectele comportamentale asociate expunerii cronice la aceste substanțe.
6PPD (N-(1,3-dimetilbutil)-N′-fenil-p-fenilendiamină) este un antioxidant stabilizator al cauciucului, utilizat pe scară largă în produse precum anvelopele, furtunurile și încălțămintea. În medii umede și expuse la lumină, 6PPD se oxidează în 6PPD-chinon (6PPDQ), o formă cu toxicitate semnificativ crescută, detectată recent în râuri, lacuri și în organisme acvatice din întreaga lume. Cercetările anterioare au documentat toxicitatea acută a acestor compuși asupra dezvoltării embrionare, funcției endocrine și capacității de reproducere la diverse specii. Totuși, mecanismele cronice de toxicitate și efectele pe termen lung asupra organelor țintă, cum ar fi ficatul, au rămas slab înțelese.

Despre studiu

Autorii au expus pești zebră adulți masculi la concentrații de 2, 4 și 8 µg/L de 6PPD și 6PPDQ timp de 3 luni, concentrându-se pe următorii parametri:

• Toxicocinetica și bioacumularea în ficat, creier, gonade și mușchi
• Analiza histologică și biochimică hepatică
• Profil transcriptomic și modificări în exprimarea genelor implicate în metabolism
• Analize proteice (Western blot, imunofluorescență) pentru PPARγ, TNF-α și IL-6
• Simulări moleculare și măsurători de afinitate pentru receptorul PPARγ
• Comportamente locomotorii și anxietate în testul de câmp deschis

Peștele zebră a fost ales datorită genomului său complet secvențiat, costului redus și utilizării extinse în toxicologie.

Rezultate

Bioacumulare diferențiată

6PPD s-a acumulat în principal în ficat (până la 9793 ng/g), în timp ce 6PPDQ a avut o preferință clară pentru creier (7664 ng/g), cu niveluri de peste 5 ori mai mari decât 6PPD. Această distribuție diferențiată sugerează proprietăți chimice distincte, cu 6PPDQ având o capacitate mai mare de a traversa bariera hematoencefalică.

Afectarea funcției hepatice

Expunerea prelungită la 6PPD și 6PPDQ a condus la:

• Reducerea creșterii în lungime și greutate
• Steatoză hepatică și degenerescență balonizantă, mai severă în grupul 6PPDQ

Indicele de răspuns biomarker integrat (IBR) a evidențiat o toxicitate mai mare a 6PPDQ comparativ cu 6PPD.

Modificări metabolice

Analiza transcriptomică a arătat:

• 1074 gene diferențial exprimate în grupul 6PPD și 2780 în grupul 6PPDQ
• Afectarea metabolismului lipidic și glucidic, în special biosinteza acizilor grași, metabolismul colesterolului și glicoliza
• Downreglarea receptorului PPARγ, cu alterarea expresiei genelor sale țintă (FABP1, GPAT, etc.)

Datele biochimice au confirmat aceste efecte, cu scăderi ale nivelurilor de insulină, ATP și acid piruvic și creșteri ale trigliceridelor, colesterolului și glicogenului - un tablou metabolic sugestiv pentru steatohepatită non-alcoolică.

Disfuncții comportamentale și energetice

Expunerea la ambele substanțe a condus la:

• Reducerea activității locomotorii
• Creșterea timpului petrecut în întuneric și a duratei de imobilitate - indicii de anxietate
• Scăderea ATP hepatic, sugerând disfuncție mitocondrială

Aceste tulburări comportamentale pot fi corelate cu acumularea cerebrală de 6PPDQ și afectarea axei PPARγ – inflamație – metabolism.

Inflamație hepatică și semnalizare PPARγ

Atât imunofluorescența, cât și Western blot au arătat:

• Scăderea PPARγ hepatic la toate dozele
• Creșterea expresiei TNF-α și IL-6, proinflamatori centrali în NASH

Aceste rezultate sugerează că reducerea PPARγ dereglează controlul inflamației, favorizând un fenotip inflamator hepatic cronic.

Interacțiuni moleculare directe cu PPARγ

Simulările de dinamică moleculară și analizele de plasmoni de suprafață (SPR) au demonstrat:

• Afinitate crescută a 6PPDQ pentru PPARγ (KD: 4.47 × 10⁻⁷ M), mai mare decât cea a 6PPD (6.83 × 10⁻⁶ M)
• Modificări conformaționale mai mari ale PPARγ în prezența 6PPDQ

Aceste date explică toxicitatea mai mare a 6PPDQ printr-un mecanism de inhibare directă a semnalizării PPARγ.

Concluzii

Expunerea cronică la concentrații relevante ecologic de 6PPD și 6PPDQ produce:

• Acumulare selectivă în ficat (6PPD) și creier (6PPDQ)
• Disfuncție hepatică cronică, cu steatoză, stres oxidativ și inflamație
• Deregleri majore ale metabolismului lipidic și glucidic
• Disfuncții comportamentale asociate cu dezechilibre energetice și stres oxidativ
• Interacțiuni moleculare directe cu receptorul PPARγ, care pot explica toxicitatea diferită a celor două substanțe

Rezultatele acestui studiu evidențiază riscurile substanțiale asupra sănătății ecosistemelor acvatice și, prin extrapolare, asupra sănătății umane, prin contaminarea lanțului trofic cu derivați ai anvelopelor. Având în vedere conservarea proceselor metabolice între pești și mamifere, aceste descoperiri impun reanalizarea reglementărilor privind 6PPD și produsele sale de degradare, precum și dezvoltarea de tehnologii eficiente de epurare a apelor uzate.