《食品科學》：華南農業大學柳春紅教授等：聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯-改性淀粉材料遷移物的體外腎毒性

食品中的有害物質主要來源于兩個方面：一方面來源于環境污染；另一方面來源于食品在加工、貯藏、包裝和銷售等過程中發生的污染。聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）與改性淀粉共混材料適用于高溫高濕條件下生鮮食品的保質、保鮮需求，但其安全性資料鮮少，健康風險未知，缺乏安全使用的科學基礎和產業應用的技術保障。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。有研究表明，腎損傷發生的同時，AMPK通路上的相關蛋白表達量也會受到影響從而發生改變。

華南農業大學食品學院的王旭鍇、陳聰穎、柳春紅*等集中于對整個材料進行安全評估，并且通過食品模擬液反映不同種類食品接觸過程中產生的遷移物所造成的損傷。為了了解PBAT-改性淀粉共混材料總體遷移物的腎臟毒性，本研究采用體外實驗探討食品模擬液遷移物對腎細胞的損傷效應及對AMPK/mTOR通路的影響，以期為新型材料的安全評估提供參考，并為PBAT-改性淀粉材料的市場化提供理論支撐。

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PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物對細胞活力的影響

將PBAT-改性淀粉共混材料于4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模擬液中遷移1、3 d和10 d得到的遷移物作用于HK-2細胞，同時設置程序空白對照實驗（直接用4%乙酸、10%乙醇或95%乙醇模擬液作用HK-2細胞），結果分別如圖1～3所示。

由圖1a可知，遷移1 d的程序空白對照組均不會對HK-2細胞的細胞活力造成顯著影響。相比于對照組，4%乙酸、10%乙醇模擬液遷移物在質量濃度為0.5 mg/mL時能夠顯著降低HK-2細胞活力，95%乙醇模擬液遷移物在質量濃度為0.025 mg/mL時即能夠顯著降低HK-2細胞活力（

P

＜0.01）（圖1b～d）。

由圖2a可知，各模擬液遷移3 d的程序空白對照組均不會對HK-2細胞的細胞活力造成顯著影響。相比于對照組，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模擬液遷移物作用于HK-2細胞，在質量濃度分別為0.4、0.5 mg/mL和0.025 mg/mL時能夠顯著降低HK-2細胞的細胞活力（

P

＜0.05或

P

＜0.01）（圖2b～d）。

由圖3a可知，各模擬液遷移10 d的程序空白對照組均不會對HK-2細胞的細胞活力造成顯著影響。相比于對照組，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模擬液遷移物作用于HK-2細胞，質量濃度分別為0.4、0.4 mg/mL和0.012 5 mg/mL時能夠顯著降低HK-2細胞的細胞活力（

P

＜0.05或

P

＜0.01）（圖3b～d）。

以上結果說明PBAT-改性淀粉共混材料遷移物會降低HK-2細胞活力，隨著遷移時間延長，遷移物降低細胞活力的效應也越明顯，這提示PBAT-改性淀粉共混材料的危害效應隨著與食品接觸時間的延長而增加。選用不同食品模擬液中遷移10 d的遷移物進行后續的實驗。

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PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物對腎損傷指標的影響

由圖4可以看出，相比于對照組，4%乙酸和10%乙醇模擬液遷移物質量濃度超過0.4 mg/mL時，能夠顯著上調HK-2細胞中KIM-1的表達水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。95%乙醇模擬液遷移物質量濃度超過0.012 5 mg/mL時，HK-2細胞中KIM-1水平顯著上升（

P

＜0.05或P＜0.01）。上述結果提示，PBAT-改性淀粉共混材料在與食品接觸時遷移到食品中的成分可能會對腎細胞造成損傷，存在食品安全隱患。

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PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物誘導的氧化應激

選擇氧化應激生物標志物SOD、GSH和CAT作為檢測指標，將PBAT-改性淀粉材料遷移10 d的遷移物作用于HK-2細胞48 h，結果如圖5所示。與對照組相比，4%乙酸模擬液遷移物作用下SOD水平沒有顯著變化（

P

＞0.05），GSH和CAT水平在遷移物高質量濃度時顯著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇和95%乙醇模擬液遷移物作用下，GSH水平顯著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01），CAT水平在95%乙醇模擬液遷移物作用下顯著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01），在10%乙醇模擬液遷移物作用下無顯著變化（

P

＞0.05）。SOD水平在乙醇模擬液遷移物作用下沒有顯著變化（

P

＞0.05）。

上述結果表明，PBAT-改性淀粉混合物的遷移物可能誘導HK-2細胞發生氧化應激，從而導致肝細胞損傷。其中95%的乙醇模擬液遷移物對HK-2細胞氧化指標的影響相比于其他條件更為明顯。

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PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物誘導的炎癥反應

將PBAT-改性淀粉材料遷移10 d的遷移物作用于HK-2細胞48 h，結果如圖6所示。相比于對照組，4%乙酸模擬液遷移物質量濃度分別為0.3、0.3 mg/mL和0.1 mg/mL時能夠顯著上調HK-2細胞內TNF-α、IL-6和IL-1β水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇模擬液遷移物在質量濃度分別為0.4、0.2 mg/mL和0.3 mg/mL時能夠顯著上調HK-2細胞內TNF-α、IL-6和IL-1β的水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；95%乙醇模擬液遷移物在質量濃度為0.05 mg/mL時能夠顯著提高TNF-α、IL-6和IL-1β水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。

上述結果表明，PBAT-改性淀粉材料在接觸食品時產生的遷移物可能會通過引發機體炎癥反應，從而導致腎細胞損傷。

5

PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物對AMPK通路的影響

對AMPK通路相關蛋白進行檢測，探究浸泡10 d提取的遷移物對HK-2細胞產生損傷的同時，其蛋白表達水平是否也發生變化。如圖7所示，相比于對照組，4%乙酸模擬液遷移物作用HK-2細胞時，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值在遷移物質量濃度為0.4 mg/mL開始顯著下降和上升（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%的乙醇模擬液遷移物作用HK-2細胞時，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值隨遷移物質量濃度增加有下降和上升趨勢（

P

＞0.05）；95%的乙醇模擬液遷移物作用HK-2細胞，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值在遷移物質量濃度分別為0.5 mg/mL和0.3 mg/mL開始顯著上升（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。結果表明，PBAT-改性淀粉材料遷移物會激活HK-2細胞中的AMPK信號，進而下調mTOR的水平，對下游蛋白產生影響。

6

PBAT-改性淀粉共混材料模擬液遷移物對SIRT1通路的影響

對AMPK下游蛋白表達量進行檢測，將PBAT-改性淀粉材料遷移10 d的遷移物作用于HK-2細胞48 h，結果如圖8所示。相比于對照組，4%乙酸模擬液遷移物作用于HK-2細胞，在遷移物質量濃度為0.4 mg/mL時顯著降低SIRT1、PGC-1α蛋白的表達水平，在遷移物質量濃度為0.5 mg/mL時顯著降低NRF1和TFAM蛋白表達水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇模擬液遷移物質量濃度為0.5 mg/mL時顯著下調PGC-1α、TFAM蛋白表達水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；95%乙醇模擬液遷移物作用下4 個蛋白的表達水平均在高質量濃度顯著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。其余的條件的蛋白表達量均無顯著變化（

P

＞0.05）。

7

本研究中細胞毒性測定在不同情況下均顯示出相似的結果，即細胞活力在遷移物高質量濃度時與對照組相比顯著降低，提示PBAT-改性淀粉材料的遷移物在測定條件下對HK-2細胞具有細胞毒性。KIM-1是一種跨膜糖蛋白，定位于近端腎小管上皮的頂膜，在受損的上皮細胞中高度表達。對于腎損傷指標KIM-1的檢測結果表明，不同條件下KIM-1的表達水平與遷移物質量濃度呈劑量效應關系。氧化應激指標的檢測結果表明，不同條件的遷移物對于HK-2細胞SOD活力影響不大，甚至有輕微提升的效果。有研究表明，在急性病患的發生初期，機體自由基會大幅增多從而誘發氧化應激，在自由基的誘導及機體代償應激作用下，細胞或機體會誘導性地增強抗氧化能力，一般會出現SOD水平升高現象。

研究表明，炎癥介質的釋放，如IL-6、IL-1β、TNF-α對膿毒癥急性腎損傷的發病機制有顯著影響。炎癥因子檢測結果表明，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇提取10 d的遷移物均顯著上調了HK-2細胞內IL-6、IL-1β和TNF-α水平，誘發了炎癥反應。說明PBAT-改性淀粉共混材料遷移物可能通過誘發氧化應激和炎癥反應導致腎細胞受損。

有研究發現，HK-2細胞依賴于線粒體中的有氧呼吸滿足電解質主動轉運的高能量需求。AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞中充當能量感應器，在分解代謝的上調和合成代謝的失活中起關鍵作用。mTOR屬于磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）相關激酶（PI3KK）超家族，能夠感知細胞內外營養物質的變化以此調節細胞生長、代謝和存活。mTOR具有mTORC1和mTORC2復合物成核，主要與自噬相關的是mTORC1，能夠感知細胞能量（AMPK）、生長因子信號等變化，當mTORC1受到激活時，通過自噬激活激酶1抑制分解代謝程序，從而抑制自噬。

盡管AMPK傳統上被視為代謝調節劑，但AMPK可以參與調節腎臟纖維化。有研究發現，激活AMPK可以誘導HK-2細胞腎小管上皮細胞-間質轉化。SIRT1、PGC-1α的表達在糖尿病小鼠腎組織中下調，并伴有氧化應激和細胞凋亡。PGC-1α的過度表達能夠逆轉腎小管細胞脂肪酸氧化缺陷。

本研究結果顯示HK-2細胞在4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模擬液遷移物作用下，p-AMPK/AMPK比值上升，p-mTOR/mTOR比值下降，表明在各條件遷移提取物作用下，AMPK被激活，進而下調mTOR的表達水平，最終導致氧化應激和損傷。SIRT1、PGC-1α、NRF1和TFAM的表達量在遷移物高質量濃度時下調，表明PBAT-改性淀粉材料在接觸食品時生成的遷移物可能通過AMPK/mTOR和SIRT1/PGC-1α/NRF1/TFAM通路誘導氧化應激和炎癥，進而導致腎損傷發生。

從以上的實驗結果可知，在95%乙醇中PBAT-改性淀粉材料遷移物較低質量濃度時會降低HK2細胞的細胞活力，引起氧化應激和炎癥反應，推測PBAT-改性淀粉材料用于脂肪類食物的包裝材料時對腎臟的危害性可能大于酸性食品和水性食品。

綜上所述，PBAT-改性淀粉共混材料遷移物會導致HK-2細胞的細胞活力下降，導致腎細胞損傷，引發腎細胞產生氧化應激和炎癥。同時，遷移物可能通過上調p-AMPK/AMPK比值，下調p-mTOR/mTOR比值和SIRT1、PGC-1α、NRF1、TFAM 4 個關鍵蛋白表達水平的機制產生潛在危害效應。由于獲得的遷移物總量有限，暫時不足以開展動物實驗。因此，后續將基于以上體外毒性開展動物實驗和以腎功能為主的藥理學實驗進行驗證，在線粒體方面也將增添電鏡觀察其超微結構，為PBAT-改性淀粉材料的安全使用提供強有力證據。

本文《聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯-改性淀粉材料遷移物的體外腎毒性》來源于《食品科學》2025年46卷第7期183-194頁，作者：王旭鍇，陳聰穎，讓一峰，肖雪蔓，李銀煥，王俊明，柳春紅*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240504-005。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：梁雯菁；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網