双酚A胚胎期暴露对胰岛β细胞发育的影响及与成年后糖代谢异常的关系

环境内分泌干扰物双酚A（Bisphenol A, BPA）是一种广泛用于食品包装等材料的增塑剂，在环境中大量存在。BPA发育期暴露能引起成年后糖代谢异常，但其作用机制及分子靶点尚不清楚。本项目根据β细胞发育受损不可逆性的特点，拟针对BPA胚胎期暴露对胰岛β细胞发育的影响进行研究。通过建立大鼠BPA胚胎期暴露模型，研究BPA对胚胎胰岛β细胞发育关键时期胰腺多能祖细胞及内分泌祖细胞分化的影响，观察大鼠出生后不同时期β细胞形态和功能以及机体血糖稳态的变化，观察β细胞发育关键基因的表达及表观遗传改变，探索糖皮质激素受体在BPA导致胰岛β细胞发育损伤中的作用；在此基础上综合分析胰岛β细胞发育损伤程度和成年后胰岛功能异常的关系，探讨BPA胚胎期暴露对胰岛β细胞发育损伤的特点及与成年后糖代谢异常的关系，寻找BPA导致胰岛β细胞发育损伤的分子靶点，为环境内分泌干扰物的发育毒性机制研究提供理论和实验依据。

环境内分泌干扰物双酚A（Bisphenol A, BPA）是一种广泛用于食品包装等材料的增塑剂，在环境中大量存在。BPA发育期暴露能引起成年后糖代谢异常，但其作用机制及分子靶点尚不清楚。本项目根据β细胞发育受损不可逆性的特点，采用动物模型和离体培养实验相结合的方法，针对BPA胚胎期暴露对胰岛β细胞发育的影响和成年后机体血糖稳态的改变进行研究，以探讨BPA胚胎期暴露对胰岛β细胞发育损伤的特点及与成年后糖代谢异常的关系，寻找BPA导致胰岛β细胞发育损伤的分子靶点。本研究首先选择50µg/kg/d和10µg/kg/d剂量BPA，建立大鼠BPA胚胎期暴露模型（其中50µg/kg/d为美国EPA推荐的参考剂量）。分离孕15.5天胚胎胰腺，研究BPA对胚胎胰岛β细胞发育关键时期胰腺多能祖细胞及内分泌祖细胞分化的影响。发现10µg/kg/d BPA暴露可通过降低基因Pdx1的表达抑制大鼠胚胎胰腺中多能祖细胞的分化和发育，通过增加基因Ngn3的表达促进内分泌祖细胞向α细胞方向分化。分离孕21.5天胚胎胰腺发育发现大鼠胚胎胰腺β细胞比例降低，α细胞比例增高。但由于生理性代偿，在胚胎发育末期大鼠胰腺中胰岛素和胰高血糖素的含量并未发生改变，一直到出生后12周，子代大鼠的空腹血糖和空腹胰岛素水平均未发生改变。然而子代大鼠出生后3周时，胰岛β细胞即发生线粒体肿胀、内质网扩张和酶原颗粒减少等超微结构改变。出生后8周，子代大鼠出现葡萄糖耐量异常和胰岛素耐量异常，表现为葡萄糖不耐受和胰岛素敏感性降低。此外，研究发现BPA暴露可抑制胚胎胰腺中Pdx1和Ptf1a的表达，促进Ngn3的表达，并导致大鼠出生后血糖水平尚未发生改变时肝脏总甲基化水平降低，肝脏Gck启动子区域5个CpG结合位点的甲基化程度升高。综上所述，本研究发现BPA胚胎期暴露可通过改变胚胎胰腺基因Pdx1、Ngn3和Ptf1a的表达，抑制胰腺多能祖细胞的分化，促进内分泌祖细胞向α细胞方向分化，导致胰腺β细胞减少，β细胞线粒体和内质网超微结构改变，大鼠出生后在空腹血糖改变之前即出现葡萄糖不耐受和胰岛素敏感性降低，肝脏Gck基因的甲基化水平改变可能也和出生后的葡萄糖不耐受有关。本项目按照计划书内容进行科学研究，完成了本项目研究的具体内容，并得到了有意义的科学研究结果，为以后进一步探讨环境内分泌干扰物的发育毒性机制提供了科学线索和依据。