基于GC-IGF1轴编程的药物发育毒性分子靶标及体外评价体系研究

The current evaluation system in vitro for drug developmental toxicities is limited, which is mainly attributed to vague phenomenon of drug developmental toxicities and lacking of comprehensive theoretical system. Previously, we have systematically confirmed the neuroendocrine metabolic programming mechanism for intrauterine growth retardation and increased susceptibility to adult metabolic syndrome in prenatal xenobiotic-exposed offspring Recently, we further proposed that "GC-IGF1 axis" programming alteration in a variety of fetal tissues induced by fetal over-exposure to maternal glucocorticoids (GCs) might be the major mechanism underlying the associated developmental toxicities (including short- and long-term toxicities). This project aims to demonstrate that C/EBPs/CR/11β-HSDs/IGF1 system might mediate the drug developmental toxicities caused by GC-IGF1 axis programming via testing developmental toxicities on animal and cells. Furthermore, the developmental toxicity evaluation system of drugs in vitro based on C/EBPs/CR/11β-HSDs/IGF1 system using umbilical cord mesenchymal stem cells (WJ-MSC) will be established. This project is of theoretical and practical significance in improving the current drug developmental toxicity evaluation system and developing new chemical entities developmental toxicity screening and safety evaluation for clinical drugs as well as guiding the eugenics.

已知药物发育毒性体外评价系统存在较大局限，主要与药物发育毒性的发生机制及其分子靶标缺乏有关。前期我们在国际上首次提出并系统证实了孕期外源物（包括药物）暴露所致子代宫内发育迟缓（IUGR）及其成年代谢综合征易感的“神经内分泌代谢编程机制”；近期进一步提出，宫内母源性糖皮质激素（GC）过暴露所致的多组织“GC-IGF1轴编程”可能是外源物发育毒性的主要机制。本项目拟通过整体动物和细胞实验，系统证实CR/CEBPs/CR/11β-HSDs介导了GC-IGF1轴编程引起的药物发育毒性，并进一步在人脐带间充质干细胞（WJ-MSC）水平，构建基于分子靶标CR/CEBPs/CR的药物发育毒性体外评价系统。本项目对于完善药物发育毒性评价体系，开展新化学实体发育毒性的早期筛选、临床安全用药，并指导优生优育，有着重要的理论和实践意义。

外源物发育毒性体外评价体系存在较大局限，主要与外源物发育毒性现象不清及发生机制理论体系缺乏有关。本项目以日常生活中常见外源物——咖啡因、尼古丁和乙醇为代表，以摄食限制为宫内发育迟缓（IUGR）阳性动物模型，以地塞米松为阳性机制对照，全面证实了孕期外源物暴露所致IUGR子代多器官（如肾上腺、肝脏、骨、肾脏、胰腺、睾丸、卵巢、海马、下丘脑）发育毒性、成年多疾病（如代谢综合征、脂肪肝、高胆固醇血症、骨关节炎、骨质疏松症、肾小球硬化、糖尿病、早发性卵巢功能不全、睾丸发育不全、抑郁症等）易感现象，及其性别差异和多代遗传效应。我们首次提出并证实了外源物影响胎儿发育的多途径、多器官、多靶点效应，与外源物对母体、胎盘和胎儿的直接作用有关。进一步发现，外源物还可通过下调胎盘11β-HSD2开放糖皮质激素（GC）屏障，引起胎儿母源性GC过暴露及“节俭表型”编程，并通过“两种编程/两次打击”机制诱导成年多疾病的发生。我们采用“二步法”理论成功建立了十余种胎源性成年疾病动物模型，证实“GC-IGF1轴”编程参与了母源性GC所致子代多器官生理与病理发育，并明确GR、C/EBPα信号是其核心靶标。其中，生理浓度下的GC通过上调IGF1促进多器官生理发育，而病理性高浓度下的GC则通过激活GR并招募C/EBPα双重作用（直接结合/表观遗传修饰）抑制IGF1而参与多器官代偿性发育。给予发育毒性受试药处理细胞和小鼠，可干扰“GC-IGF1轴”的不同组分，初步证实基于“GC-IGF1轴”的外源物发育毒性体外评价系统可行。最后，利用人脐带间充质干细胞构建外源物（包括药物）发育毒性体外评价体系，并明确其实验条件、评价指标及分级标准。本项目为完善国家药物发育毒性体外评价系统，开展新化学实体发育毒性的早期筛选和临床用药的安全性评价，提供了新思路和新方法。本项目在国际、国内发育毒理学领域已发表文章97篇，其中SCI收录文章81篇（90%为JCR二区及以上），获湖北省科技进步一等奖2项（第一/第三完成人），申请国家发明专利16项、授权3项，出版《骨与关节疾病的胎儿起源》著作1部。