脂肪酸酰胺水解酶介导有机磷酸酯精子毒性的分子机制研究

Organophosphate esters (OPEs), as a new class of emerging organic pollutants, have been confirmed to be associated with reproductive disease. Epidemiologic studies and animal experiments have showed that the OPEs could lead to spermatotoxicity. However, the mechanism of OPEs’ spermatotoxicity is still unknown. The fatty acid amide hydrolase (FAAH) plays curcial roles in spermatogenesis and sperm motility. In the present study, we will investigate the interference effect of OPEs on the FAAH catalytic activity, gene expression regulated by enzyme protein and the content of catalytic substrate anandamide at molecular, cellular and animal levels, revealing the laws of its toxic effect on FAAH. The disruption effect and mechanism of OPEs on spermatogenesis via FAAH mediated will be systematically studied through the enzymatic activity, cell apoptosis and physiological functions. In order to identify the molecular basis and structural determinants, the OPEs-FAAH binding model will be studied by computational docking method. This proposal will make clear the function of FAAH in the OPEs induced spermatogenesis disruption, and will provide experimental evidence and theoretical basis for environmental risk assessment of OPEs.

有机磷酸酯（OPEs）作为一类与生殖疾病相关的新兴污染物，流行病学调查和动物实验都显示OPEs能够引起精子毒性。但目前对于OPEs诱发精子毒性的机制研究还非常缺乏。本项目拟选取OPEs类污染物为目标化合物，以体内与精子发生和精子能动性密切相关的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）为研究靶点，拟在分子、细胞及动物水平考察OPEs对FAAH活性（包括酶催化活性、酶蛋白调控基因表达和催化底物大麻素含量）的毒性作用，揭示其毒性作用规律。从酶活性、细胞凋亡和生物效应等多个角度全面研究OPEs对精子发生的干扰效应，进而明确FAAH在OPEs诱发精子毒性中的作用及机制。对不同结构OPEs与FAAH结合进行分子模拟，阐明OPEs干扰FAAH酶活的结构基础。该项目可揭示OPEs诱发精子毒性的新型分子机制，为全面评价OPEs的健康风险提供科学线索和依据。

有机磷酸酯（OPEs）作为一类与生殖疾病相关的新兴污染物，流行病学调查和动物实验都显示OPEs能够引起精子毒性。但目前对于OPEs诱发精子毒性的机制还非常缺乏。本项目以OPEs类污染物为目标化合物，以体内与精子发生和精子能动性密切相关的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）为研究靶点，研究了OPEs对FAAH的毒性作用及作用规律，以及OPEs暴露对Sertoli细胞内FAAH活性和细胞凋亡的影响，并探讨了其分子机制。研究成果达到预期目标，具体如下：1）12种OPEs对FAAH活性的抑制效应呈现出浓度和结构依赖性，抑制效果为TMP<TEP<TPrP<TBEP<TnBP<TCEP<TEHP<TCPP<TPhP<TDCP<EHDPP<TCrP。芳香取代和氯代烷基磷酸酯相比烷基磷酸酯对FAAH的抑制效果更明显。对于烷基取代的OPEs，抑制随烷基链的增加而增强（除TBEP以外）。对于氯代烷基取代的OPEs，毒性随烷基链的增加和氯原子的增加而增强。对于芳香取代的OPEs，苯环上的烷基取代能增强物质的毒性；2）通过Autodock计算，12种OPEs与FAAH之间的结合能位于-9.90~-3.15 Kcal/M之间，结合能越小意味着OPEs与FAAH有更强的结合能力，则毒性更强，因此可得结合能力为TCrP>EHDPP>TPhP>TEHP>TDCP>TCPP>TnBP>TBEP>TPrP>TCEP>TEP>TMP。除TPrP和TEHP处于结合口袋的左上角外，其余分子都几乎处于结合口袋右上角。可以说OPEs对FAAH酶的毒性是由两者之间的结合模式决定的，主要受空间大小和取代基团种类影响。3）OPEs暴露SertoliTM4细胞后，能引起胞内FAAH活性的降低以及大麻素AEA含量的上升，并呈现出浓度依赖性，其中TCrP对FAAH的毒性作用最强。进一步研究发现，TCrP、TDCP和TEHP在引起FAAH活性降低的浓度下，还可引起Sertoli细胞凋亡率不同程度的上升，该结果表明OPEs对FAAH活性的抑制可促进大麻素AEA引起的细胞凋亡。动物实验表明，小鼠经TCrP长期暴露后，可引起小鼠附睾内精子数目的降低。