几类新型有机污染物雌激素干扰效应的分子机制研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q80602655
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雌激素是一类重要的内分泌激素,在生殖、内分泌、心血管、代谢以及骨骼等系统中发挥非常重要的作用。已有体内、体外实验研究表明一些新型有机污染物具有雌激素干扰作用,比如多溴联苯醚(PBDEs)及其羟基代谢物(OH-PBDEs)、双酚A及其类似物(BPs)、有机磷酸酯阻燃剂(OPEs)等。但是目前分子机制并不明确。从受体水平来看,已有分子机制研究主要集中在经典雌激素核受体ERs通路,而对于另外两类同样在雌激素系统中发挥重要作用的受体,G蛋白偶联雌激素受体(GPER)和雌激素相关受体(ERRs)的研究非常有限。因此本文着眼于GPER和ERRs,探索研究了三类新型有机污染物雌激素干扰新的分子机制,主要包括以下四个方面的内容。  1.研究了PBDEs/OH-PBDEs通过GPER通路介导的雌激素效应。首先基于雌二醇(E2)合成了位点特异性荧光探针E2-F,建立了基于SKBR3细胞的荧光竞争结合检测方法。通过该方法研究了12个PBDEs和18个OH-PBDEs与GPER的结合能力,其中11个OH-PBDEs能与GPER直接结合并得到IC50值,相对E2结合能力达到1.3%-20%。分子对接显示羟基在OH-PBDEs与GPER结合中发挥重要作用,与氢键形成有关。通过SKBR3细胞钙流和cAMP检测,发现大部分OH-PBDEs能激活GPER介导的信号通路,其中4-OH-BDE-049,5-OH-BDE-099和3-OH-BDE-154表现出最高活性,最低效应浓度(LOEC)为10nM-100nM。Boyden迁移小室实验和细胞划痕实验表明这三个OH-PBDEs能通过GPER通路促进SKBR3细胞迁移,LOEC为0.1μM-1μM。总之,OH-PBDEs能与GPER结合并激活后续信号通路,进而导致SKBR3细胞迁移功能的改变。  2.研究了PBDEs/OH-PBDEs通过ERRγ通路的潜在雌激素干扰作用。首先基于ERRγ抑制剂GSK5182合成了位点特异性荧光探针GSK-FITC,并建立了基于荧光偏振的荧光竞争结合检测方法。采用该方法,检测了12个PBDEs和18个OH-PBDEs与ERRγ的结合能力,其中一些PBDEs和OH-PBDEs能与ERRγ直接结合,Kd值为0.13μM-13.61μM。一般来说,OH-PBDEs的结合能力大于相应母体PBDEs。所构建的定量构效关系模型(QSAR)结果显示分子大小,芳香原子比例以及氢键给体和受体是ERRγ结合的关键因素。双荧光素酶报告基因实验结果显示大部分低溴代PBDEs/OH-PBDEs(1-6溴)在不同程度激活ERRγ,而高溴代PBDEs/OH-PBDEs(7-8溴)对ERRγ的活性无影响但是却能反转4-OHT对ERRγ的抑制活性。通过分子对接模拟,发现低溴代PBDEs/OH-PBDEs趋向与ERRγ激活构象结合,而高溴代则趋向与抑制构象结合,这很可能是它们产生效应差异的主要原因。总之,ERRγ是PBDEs/OH-PBDEs的潜在新靶标,这有利于我们更加全面的了解PBDEs/OH-PBDEs对雌激素系统的可能干扰作用。  3.研究了BPs通过GPER通路介导的雌激素效应。首先,研究了7个BPs与GPER的结合能力,发现所有BPs能与GPER直接结合,其中双酚AF(BPAF)和双酚B(BPB)比双酚A(BPA)的结合能力强约9倍,并且两苯酚桥连基团疏水性强对结合更有利,而苯环上卤原子的种类对结合影响显著。分子对接模拟得到的结合能力结果与竞争实验的结果基本一致。SKBR3细胞钙流和cAMP检测结果显示这些BPs在不同程度激活GPER信号通路,其中BPAF和BPB的LOEC为10nM,效应比BPA强。Boyden迁移小室和细胞划痕实验结果显示BPAF和BPB能通过GPER通路促进SKBR3细胞迁移,LOEC为100nM,效应强于BPA。总之,BPs能与GPER结合并激活后续信号通路进而导致细胞功能改变,其中BPAF和BPB的结合和效应都强于BPA,并不是BPA安全的替代物。  4.研究了OPEs通过ERRγ通路的潜在雌激素干扰作用。首先,研究了9个OPEs与ERRγ的结合能力,其中7个OPEs能与ERRγ直接结合,三甲苯基磷酸酯(TCrP)结合能力最强,Kd值为0.34μM。双荧光素酶报告基因实验结果显示7个OPEs能抑制ERRγ活性,其中TCrP效应最强,LOEC为1μM。OPEs与ERRγ结合能力和抑制活性都与疏水性(LogKow)呈正相关,排列顺序为芳香取代>氯代烷基取代>烷基取代。分子对接结果也显示结合自由能与LogKow呈线性相关性,而OPEs的抑制效应很可能是由于取代基团空间位阻导致AF-2螺旋远离受体活性位置导致。总之,ERRγ是OPEs的潜在新靶标,为OPEs的雌激素干扰提供了一种新的分子机制解释。
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