《食品科学》：华南农业大学柳春红教授等：聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯-改性淀粉材料迁移物的体外肾毒性

食品中的有害物质主要来源于两个方面：一方面来源于环境污染；另一方面来源于食品在加工、贮藏、包装和销售等过程中发生的污染。聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）与改性淀粉共混材料适用于高温高湿条件下生鲜食品的保质、保鲜需求，但其安全性资料鲜少，健康风险未知，缺乏安全使用的科学基础和产业应用的技术保障。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。有研究表明，肾损伤发生的同时，AMPK通路上的相关蛋白表达量也会受到影响从而发生改变。

华南农业大学食品学院的王旭锴、陈聪颖、柳春红*等集中于对整个材料进行安全评估，并且通过食品模拟液反映不同种类食品接触过程中产生的迁移物所造成的损伤。为了了解PBAT-改性淀粉共混材料总体迁移物的肾脏毒性，本研究采用体外实验探讨食品模拟液迁移物对肾细胞的损伤效应及对AMPK/mTOR通路的影响，以期为新型材料的安全评估提供参考，并为PBAT-改性淀粉材料的市场化提供理论支撑。

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PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物对细胞活力的影响

将PBAT-改性淀粉共混材料于4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模拟液中迁移1、3 d和10 d得到的迁移物作用于HK-2细胞，同时设置程序空白对照实验（直接用4%乙酸、10%乙醇或95%乙醇模拟液作用HK-2细胞），结果分别如图1～3所示。

由图1a可知，迁移1 d的程序空白对照组均不会对HK-2细胞的细胞活力造成显著影响。相比于对照组，4%乙酸、10%乙醇模拟液迁移物在质量浓度为0.5 mg/mL时能够显著降低HK-2细胞活力，95%乙醇模拟液迁移物在质量浓度为0.025 mg/mL时即能够显著降低HK-2细胞活力（

P

＜0.01）（图1b～d）。

由图2a可知，各模拟液迁移3 d的程序空白对照组均不会对HK-2细胞的细胞活力造成显著影响。相比于对照组，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模拟液迁移物作用于HK-2细胞，在质量浓度分别为0.4、0.5 mg/mL和0.025 mg/mL时能够显著降低HK-2细胞的细胞活力（

P

＜0.05或

P

＜0.01）（图2b～d）。

由图3a可知，各模拟液迁移10 d的程序空白对照组均不会对HK-2细胞的细胞活力造成显著影响。相比于对照组，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模拟液迁移物作用于HK-2细胞，质量浓度分别为0.4、0.4 mg/mL和0.012 5 mg/mL时能够显著降低HK-2细胞的细胞活力（

P

＜0.05或

P

＜0.01）（图3b～d）。

以上结果说明PBAT-改性淀粉共混材料迁移物会降低HK-2细胞活力，随着迁移时间延长，迁移物降低细胞活力的效应也越明显，这提示PBAT-改性淀粉共混材料的危害效应随着与食品接触时间的延长而增加。选用不同食品模拟液中迁移10 d的迁移物进行后续的实验。

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PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物对肾损伤指标的影响

由图4可以看出，相比于对照组，4%乙酸和10%乙醇模拟液迁移物质量浓度超过0.4 mg/mL时，能够显著上调HK-2细胞中KIM-1的表达水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。95%乙醇模拟液迁移物质量浓度超过0.012 5 mg/mL时，HK-2细胞中KIM-1水平显著上升（

P

＜0.05或P＜0.01）。上述结果提示，PBAT-改性淀粉共混材料在与食品接触时迁移到食品中的成分可能会对肾细胞造成损伤，存在食品安全隐患。

3

PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物诱导的氧化应激

选择氧化应激生物标志物SOD、GSH和CAT作为检测指标，将PBAT-改性淀粉材料迁移10 d的迁移物作用于HK-2细胞48 h，结果如图5所示。与对照组相比，4%乙酸模拟液迁移物作用下SOD水平没有显著变化（

P

＞0.05），GSH和CAT水平在迁移物高质量浓度时显著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇和95%乙醇模拟液迁移物作用下，GSH水平显著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01），CAT水平在95%乙醇模拟液迁移物作用下显著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01），在10%乙醇模拟液迁移物作用下无显著变化（

P

＞0.05）。SOD水平在乙醇模拟液迁移物作用下没有显著变化（

P

＞0.05）。

上述结果表明，PBAT-改性淀粉混合物的迁移物可能诱导HK-2细胞发生氧化应激，从而导致肝细胞损伤。其中95%的乙醇模拟液迁移物对HK-2细胞氧化指标的影响相比于其他条件更为明显。

4

PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物诱导的炎症反应

将PBAT-改性淀粉材料迁移10 d的迁移物作用于HK-2细胞48 h，结果如图6所示。相比于对照组，4%乙酸模拟液迁移物质量浓度分别为0.3、0.3 mg/mL和0.1 mg/mL时能够显著上调HK-2细胞内TNF-α、IL-6和IL-1β水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇模拟液迁移物在质量浓度分别为0.4、0.2 mg/mL和0.3 mg/mL时能够显著上调HK-2细胞内TNF-α、IL-6和IL-1β的水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；95%乙醇模拟液迁移物在质量浓度为0.05 mg/mL时能够显著提高TNF-α、IL-6和IL-1β水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。

上述结果表明，PBAT-改性淀粉材料在接触食品时产生的迁移物可能会通过引发机体炎症反应，从而导致肾细胞损伤。

5

PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物对AMPK通路的影响

对AMPK通路相关蛋白进行检测，探究浸泡10 d提取的迁移物对HK-2细胞产生损伤的同时，其蛋白表达水平是否也发生变化。如图7所示，相比于对照组，4%乙酸模拟液迁移物作用HK-2细胞时，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值在迁移物质量浓度为0.4 mg/mL开始显著下降和上升（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%的乙醇模拟液迁移物作用HK-2细胞时，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值随迁移物质量浓度增加有下降和上升趋势（

P

＞0.05）；95%的乙醇模拟液迁移物作用HK-2细胞，p-mTOR/mTOR和p-AMPK/AMPK比值在迁移物质量浓度分别为0.5 mg/mL和0.3 mg/mL开始显著上升（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。结果表明，PBAT-改性淀粉材料迁移物会激活HK-2细胞中的AMPK信号，进而下调mTOR的水平，对下游蛋白产生影响。

6

PBAT-改性淀粉共混材料模拟液迁移物对SIRT1通路的影响

对AMPK下游蛋白表达量进行检测，将PBAT-改性淀粉材料迁移10 d的迁移物作用于HK-2细胞48 h，结果如图8所示。相比于对照组，4%乙酸模拟液迁移物作用于HK-2细胞，在迁移物质量浓度为0.4 mg/mL时显著降低SIRT1、PGC-1α蛋白的表达水平，在迁移物质量浓度为0.5 mg/mL时显著降低NRF1和TFAM蛋白表达水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；10%乙醇模拟液迁移物质量浓度为0.5 mg/mL时显著下调PGC-1α、TFAM蛋白表达水平（

P

＜0.05或

P

＜0.01）；95%乙醇模拟液迁移物作用下4 个蛋白的表达水平均在高质量浓度显著下降（

P

＜0.05或

P

＜0.01）。其余的条件的蛋白表达量均无显著变化（

P

＞0.05）。

7

本研究中细胞毒性测定在不同情况下均显示出相似的结果，即细胞活力在迁移物高质量浓度时与对照组相比显著降低，提示PBAT-改性淀粉材料的迁移物在测定条件下对HK-2细胞具有细胞毒性。KIM-1是一种跨膜糖蛋白，定位于近端肾小管上皮的顶膜，在受损的上皮细胞中高度表达。对于肾损伤指标KIM-1的检测结果表明，不同条件下KIM-1的表达水平与迁移物质量浓度呈剂量效应关系。氧化应激指标的检测结果表明，不同条件的迁移物对于HK-2细胞SOD活力影响不大，甚至有轻微提升的效果。有研究表明，在急性病患的发生初期，机体自由基会大幅增多从而诱发氧化应激，在自由基的诱导及机体代偿应激作用下，细胞或机体会诱导性地增强抗氧化能力，一般会出现SOD水平升高现象。

研究表明，炎症介质的释放，如IL-6、IL-1β、TNF-α对脓毒症急性肾损伤的发病机制有显著影响。炎症因子检测结果表明，4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇提取10 d的迁移物均显著上调了HK-2细胞内IL-6、IL-1β和TNF-α水平，诱发了炎症反应。说明PBAT-改性淀粉共混材料迁移物可能通过诱发氧化应激和炎症反应导致肾细胞受损。

有研究发现，HK-2细胞依赖于线粒体中的有氧呼吸满足电解质主动转运的高能量需求。AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在细胞中充当能量感应器，在分解代谢的上调和合成代谢的失活中起关键作用。mTOR属于磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）相关激酶（PI3KK）超家族，能够感知细胞内外营养物质的变化以此调节细胞生长、代谢和存活。mTOR具有mTORC1和mTORC2复合物成核，主要与自噬相关的是mTORC1，能够感知细胞能量（AMPK）、生长因子信号等变化，当mTORC1受到激活时，通过自噬激活激酶1抑制分解代谢程序，从而抑制自噬。

尽管AMPK传统上被视为代谢调节剂，但AMPK可以参与调节肾脏纤维化。有研究发现，激活AMPK可以诱导HK-2细胞肾小管上皮细胞-间质转化。SIRT1、PGC-1α的表达在糖尿病小鼠肾组织中下调，并伴有氧化应激和细胞凋亡。PGC-1α的过度表达能够逆转肾小管细胞脂肪酸氧化缺陷。

本研究结果显示HK-2细胞在4%乙酸、10%乙醇和95%乙醇模拟液迁移物作用下，p-AMPK/AMPK比值上升，p-mTOR/mTOR比值下降，表明在各条件迁移提取物作用下，AMPK被激活，进而下调mTOR的表达水平，最终导致氧化应激和损伤。SIRT1、PGC-1α、NRF1和TFAM的表达量在迁移物高质量浓度时下调，表明PBAT-改性淀粉材料在接触食品时生成的迁移物可能通过AMPK/mTOR和SIRT1/PGC-1α/NRF1/TFAM通路诱导氧化应激和炎症，进而导致肾损伤发生。

从以上的实验结果可知，在95%乙醇中PBAT-改性淀粉材料迁移物较低质量浓度时会降低HK2细胞的细胞活力，引起氧化应激和炎症反应，推测PBAT-改性淀粉材料用于脂肪类食物的包装材料时对肾脏的危害性可能大于酸性食品和水性食品。

综上所述，PBAT-改性淀粉共混材料迁移物会导致HK-2细胞的细胞活力下降，导致肾细胞损伤，引发肾细胞产生氧化应激和炎症。同时，迁移物可能通过上调p-AMPK/AMPK比值，下调p-mTOR/mTOR比值和SIRT1、PGC-1α、NRF1、TFAM 4 个关键蛋白表达水平的机制产生潜在危害效应。由于获得的迁移物总量有限，暂时不足以开展动物实验。因此，后续将基于以上体外毒性开展动物实验和以肾功能为主的药理学实验进行验证，在线粒体方面也将增添电镜观察其超微结构，为PBAT-改性淀粉材料的安全使用提供强有力证据。

本文《聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯-改性淀粉材料迁移物的体外肾毒性》来源于《食品科学》2025年46卷第7期183-194页，作者：王旭锴，陈聪颖，让一峰，肖雪蔓，李银焕，王俊明，柳春红*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240504-005。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：梁雯菁；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网