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Introduction
丙烯酰胺是一种无色有机分子化合物，作为絮凝剂广泛应用于化工行业，如纸制品制造、采矿工程、纺织、化妆品和废水净化。在日常生活中，人体接触丙烯酰胺的主要来源是饮用水、烟草烟雾以及与美拉德反应有关的油炸和烘焙食品，包括咖啡、薯片、饼干、薯条和面包等。丙烯酰胺可以通过消化道、呼吸道和皮肤进入人体，具有较强的组织通透性，可迅速在血液和全身各组织中分布。因此，丙烯酰胺对组织和器官的毒性作用研究。
啮齿动物和人类代谢丙烯酰胺主要通过两种途径。丙烯酰胺可以通过谷胱甘肽S-转移酶的作用直接与谷胱甘肽（GSH）结合，经过降解和乙酰化后，形成的加合物以巯基尿酸N-乙酰-S-(2-氨基甲酰乙基)-L-半胱氨酸（AAMA）的形式随尿液排出。丙烯酰胺也可以在在细胞色素P450 2E1环氧化物酶的催化下代谢为有毒的环氧丙酰胺后与GSH结合，该过程伴随着包括活性氧（ROS）在内的自由基的产生。在环氧化物水解酶的催化下，部分环氧丙酰胺可以水解成无毒的甘油酰胺。丙烯酰胺导致线粒体中GSH的消耗和ROS的积累，产生神经毒性。氧化磷酸化产生的ROS可以干扰电子传递链，使线粒体膜电位去极化，扰乱线粒体的结构和功能，释放细胞色素c激活信号通路，最终诱导细胞凋亡。有研究表明，丙烯酰胺诱导的GSH耗竭促进神经组织中的脂质过氧化并影响多种神经递质的水平，而这些神经递质对中枢神经系统内的突触传递至关重要。
磷脂酰胆碱是一种在生物体内普遍存在的多不饱和脂肪酸，参与细胞增殖、分化和再生以及通过膜的分子运输。据报道，摄入磷脂酰胆碱会增加人体血清中的多不饱和脂肪酸水平，尤其是胆固醇酯中的亚油酸，并降低甘油三酯水平以及低密度脂蛋白与高密度脂蛋白在血清中的比例。磷脂酰胆碱也可能被认为是阿尔茨海默病的生物标志物，例如，研究发现阿尔茨海默病患者血浆中的8 种磷脂酰胆碱的水平显著下降。此外，磷脂酰胆碱被认为可以通过下调脂肪酸合成来抑制胆固醇的累积，因此常被用于治疗脂肪肝、脑血管疾病、心肌缺血和痴呆引起的肝功能障碍。尽管磷脂酰胆碱已被证明具有保护肝脏损伤的作用，且丙烯酰胺毒性作用及其在肝脏中的主要代谢过程已被广泛研究，但尚未有研究解析磷脂酰胆碱是否对丙烯酰胺引起的肝毒性具有干预作用以及干预作用发生的机制。
浙江大学生物系统工程与食品科学学院李垚然博士和章宇教授等在前期研究中已发现丙烯酰胺的摄入会影响肝脏中氨基酸、糖和脂质的组成和含量，导致代谢紊乱。结合丙烯酰胺诱导的肝脏代谢紊乱和磷脂酰胆碱的保肝作用，推测磷脂酰胆碱可能通过调节氨基酸和糖脂之间的代谢平衡来减轻丙烯酰胺的肝毒性作用。因此，本文通过基于高分辨率质谱的代谢组学分析和分子生物学方法验证，揭示了磷脂酰胆碱和丙烯酰胺对肝脏代谢谱和代谢途径的相互作用。
Results and Discussion
肝细胞形态学变化
通过苏木精-伊红染色对肝组织的组织进行病理学观察，结果表明在对照组、低剂量丙烯酰胺暴露组和低剂量丙烯酰胺磷脂酰胆碱干预组中，肝细胞分布均匀，具有完整的肝细胞结构和清晰的细胞膜和细胞核（图1）。在高剂量丙烯酰胺暴露组中，发现肝脏中发生了炎性细胞的聚集，从而导致周围的肝细胞形态发生变化。此外，高剂量丙烯酰胺暴露后一些细胞中产生了脂滴聚集的现象。磷脂酰胆碱干预缓解了炎症细胞的积聚，并维持了正常的细胞形态。然而，一些干预组的肝细胞中也存在细胞内脂滴的积聚，这表明丙烯酰胺诱导的脂质紊乱可能不会被磷脂酰胆碱的作用逆转。
图1 不同剂量丙烯酰胺暴露和磷脂酰胆碱干预大鼠肝脏的组织病理学变化
代谢组学分析
应用Compound Discoverer 3.1软件对原始数据进行处理后，在正离子模式和负离子模式下分别检测到共计913和817 种化合物。通过方差分析（Tukey’s）检验对各组间峰值强度差异的显著性进行了分析。基于OPLS-DA模型，选择P值< 0.05和VIP值> 1的代谢物作为显著差异代谢物。共有32 种内源性效应生物标志物被鉴定为显著差异代谢物（图2）。
图2 显著差异代谢物的聚类热图
磷脂酰胆碱的干预抑制了低剂量丙烯酰胺暴露导致的大鼠肝脏中景天庚酮糖-7-磷酸、D-核糖-5-磷酸和磷脂酰胆碱（18:3/22:6）的减少，以及半乳糖酸、硬脂酰肉碱、PI（16:0/20:4）和PAF的增加（图3）。而在高剂量丙烯酰胺暴露组中，更多种类的脂质化合物发生了代谢紊乱。磷脂酰胆碱干预使高剂量丙烯酰胺暴露肝脏中lysoPC和PI（20:3/14:0）的浓度保持在正常水平，这有利于维持脂质代谢和膜结构的稳态。
低剂量丙烯酰胺暴露显著提高了谷胱甘肽代谢途径中半胱氨酸的浓度，而进一步补充磷脂酰胆碱可以降低半胱氨酸在肝脏中的水平。同时，高剂量丙烯酰胺的暴露会显著影响谷胱甘肽代谢中的各种氨基酸的水平，包括谷胱甘肽、L-半胱氨酸和半胱氨酰甘氨酸，而磷脂酰胆碱的干预则可以通过维持谷胱甘肽和半胱胺酰甘氨酸的水平来使肝脏免受丙烯酰胺诱导的代谢紊乱。这些结果表明，磷脂酰胆碱处理可以通过维持谷胱甘肽池的稳定性来缓解丙烯酰胺暴露导致的氧化应激，并保持正常的生物膜的脂质组成、结构和功能。
图3 （A）低剂量和(B)高剂量丙烯酰胺暴露以及磷脂酰胆碱干预条件下差异代谢物的变化
显著差异代谢通路分析和验证
低剂量丙烯酰胺暴露组大鼠与对照组相比共有15 种显著差异生物代谢标志物，通过富集分析确定了受影响的显著差异代谢通路，包括甘油磷脂代谢、糖基磷脂酰肌醇（GPI）-锚生物合成、磷酸戊糖途径、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、亚油酸代谢以及硫胺素代谢（图4 A）。同样，我们在高剂量丙烯酰胺暴露组大鼠的肝脏中鉴定出了23种显著差异代谢物，并发现了一些显著差异代谢途径，包括甘油磷脂代谢、GSH代谢、GPI锚生物合成和磷脂酰肌醇信号通路（图4 B）。分子生物学实验验证结果表明，磷脂酰胆碱处理可降低CYP 2E1的表达，缓解肝脏的氧化应激和炎症，维持谷胱甘肽的含量，从而缓解谷胱甘肽的紊乱。同时，磷脂酰胆碱可以逆转丙烯酰胺诱导的磷脂酰胆碱到lysoPC的转化，将lysoPC转化为DAG储存，从而维持了甘油磷脂代谢的稳态。
图4 （A）谷胱甘肽代谢和（B）甘油磷脂代谢途径mRNA变化
丙烯酰胺暴露生物标志物与内源性效应生物标志物的相关性分析
丙烯酰胺在肝脏中的暴露生物标志物与内源性效应生物标志物之间的相关性分析结果表明，肝脏中丙烯酰胺及其巯基尿酸加合物的水平与氧化应激和脂质过氧化相关指标以及甲基鸟嘌呤代谢产物的含量高度相关，而与肉碱含量和抗坏血酸含量呈负相关（图5）。鸟嘌呤代谢产物中甲基鸟嘌呤的增加表明丙烯酰胺代谢可能会导致DNA损伤。作者还发现了抗坏血酸含量、谷胱甘肽代谢中半胱氨酸、谷胱甘肽和半胱氨酰甘氨酸的含量以及糖代谢途径中景天庚酮糖-7-磷酸、D-核糖-5-磷酸的含量与丙烯酰胺暴露生物标志物的负相关关系，也进一步表明丙烯酰胺可能会消耗谷胱甘肽及其合成相关的氨基酸和抗氧化剂，导致体内代谢紊乱。
图5 丙烯酰胺暴露生物标志物和内源性效应生物标志物的相关性分析
Conclusion
丙烯酰胺暴露通过消耗抗氧化剂谷胱甘肽、半胱氨酸和L-抗坏血酸干扰谷胱甘肽代谢，并通过降低肉碱含量和增加脂质过氧化破坏脂质和碳水化合物代谢。磷脂酰胆碱治疗降低了细胞色素P450 2E1的表达，减轻了肝脏的氧化应激和炎症，稳定了谷胱甘肽的含量，从而缓解了谷胱甘肽的紊乱。同时，磷脂酰胆碱将丙烯酰胺诱导的磷脂酰胆碱转化为溶血磷脂酰胆碱，从溶血磷脂酰甘油转化为二酰甘油进行储存，从而维持甘油磷脂的代谢稳态。磷脂酰胆碱的干预不会显著改变丙烯酰胺巯基尿酸加合物的水平，为磷脂酰胆碱预防丙烯酰胺诱导的肝损伤提供了证据。
01
第一作者简介
李垚然，女，工学博士，现为宁夏大学食品科学与工程学院讲师，主要研究方向为食品加工伴生危害物的体内代谢暴露谱解析、毒性评价、内外暴露关联及其在人群中的暴露评估。攻读博士学位期间参与完成十三五重点研发计划专项“食品污染物暴露组解析和总膳食研究”课题研究，在SCI收录期刊上以第一或共同第一作者发表学术论文4 篇。
02
通信作者简介
章宇，男，浙江大学生物系统工程与食品科学学院教授，博士生导师，浙江大学食品加工工程研究所副所长，主要研究方向为食品加工污染物安全控制与健康危害防护的基础与应用研究，以丙烯酰胺防护与控制研究为代表。作为负责人承担国家重点研发计划课题2 项，国家自然科学基金项目4 项；承担浙江省重点研发计划项目、浙江省自然科学杰出青年基金、重点项目等省部级项目以及横向科技合作项目10余项。担任Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Food Science and Biotechnology、《食品安全质量检测学报》和《中国食品卫生杂志》期刊编委、中国毒理学会分析毒理专业委员会委员、中国营养学会青年工作委员会委员、中国生态学学会生态健康与人类生态专业委员会委员等职务。以通信（共同通信）作者身份在PNAS、Science Advances、Nature Communications、Nature Plants等期刊发表SCI学术论文100多篇，总被引频次4 000余次，H指数38，入选全球学者学术影响力排行榜（2023年）、入选国家高层次青年人才计划（2015年）、教育部全国优秀博士论文（2012年），获浙江省自然科学奖二等奖、国际纯粹与应用化学学会青年化学家奖、中国食品科学技术学会科技创新奖——杰出青年奖、中国毒理学会优秀青年科技奖、中国营养科学十大青年科技之星（杰出青年奖）等奖项。
Phosphatidylcholine protects against the hepatotoxicity of acrylamide via maintaining metabolic homeostasis of glutathione and glycerophospholipid
Yaoran Lia, Wei Jiaa, Yiju Zhanga, Yong Wub,c, Li Zhua, Jingjing Jiaod, Yu Zhanga,*
a Department of Gastroenterology, The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine; Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing, College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
b College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China
c Sichuan Provincial Key Laboratory for Development and Utilization of Characteristic Horticultural Biological Resources, College of Chemistry and Life Sciences, Chengdu Normal University, Chengdu 611130, China
dDepartment of Nutrition, School of Public Health, Department of Clinical Nutrition of Affiliated Second Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou 310058, China
*Corresponding authors.
Abstract
Acrylamide is classified as a Class 2A carcinogen and mainly metabolized to produce hepatotoxicity. Phosphatidylcholine is thought to protect the liver from damage, but the protective role of phosphatidylcholine on acrylamide-exposed metabolic disorders remains unclear. We investigated protective effect of phosphatidylcholine on the hepatic metabolism in rats exposed to acrylamide using metabolomics and molecular biology approaches. Overall, 32 endogenous effect biomarkers and 4 exposure biomarkers were identified as differential signature metabolites responsible for acrylamide exposure and phosphatidylcholine protection. Acrylamide exposure interferes with glutathione metabolism by consuming antioxidant glutathione, cysteine and L-ascorbic acid, and disrupts lipid and carbohydrate metabolism through reducing carnitine content and increasing lipid peroxidation. The phosphatidylcholine treatment reduces the expression of cytochrome P450 2E1, alleviates the oxidative stress and inflammation of the liver, and stabilizes the content of glutathione, and thus alleviates the disorder of glutathione. Meanwhile, phosphatidylcholine shifted acrylamide-induced phosphatidylcholine into lysophosphatidylcholine to storage from lysophosphatidylcholine to diacylglycerol, thereby maintaining metabolic homeostasis of glycerophospholipid. The results suggested that phosphatidylcholine supplementation alleviate the disorder of glutathione and lipid metabolism caused by acrylamide exposure, but not significantly change the levels of mercapturic acid adducts of acrylamide, providing the evidence for phosphatidylcholine protection against acrylamide-induced liver injury.
Reference:
LI Y R, JIA W, ZHANG Y J, et al. Phosphatidylcholine protects against the hepatotoxicity of acrylamide
viamaintaining metabolic homeostasis of glutathione and glycerophospholipid[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(5): 9250114. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250114.
本文编译内容由作者提供
编辑：王佳红；责任编辑：孙勇
封面图片：图虫创意
为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。
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