全氟化合物毒性作用新靶点蛋白质酪氨酸磷酸酶的识别及分子机制研究

Epidemiological studies revealed a positive relationship between perfluorinated compounds (PFCs) concentrations in human blood samples and some diseases, even cancers. Protein tyrosine phosphatase (PTP) plays a central role in cellular signal transduction and involves in the regulation of a variety of cell functions. The dysregulation of PTP activity can induce the occurrence of some diseases, even cancers. When pollutant enters the organism, whether it can selectively interact with PTP involved in the disease-related signaling pathway, as well as the subsequent effect on the pathway is unknown. On the basis of our previous work about the biosensor of kinase-catalyzed tyrosine phosphorylation, a simple, fast and label-free electrochemical biosensor for the assay of PTP activity will be developed. Using the sensing method, the disturbing effect of PFCs on PTP activity will be screened. Moreover, the effect of PFCs on PTP activity, the disturbing effect of PFCs on PTP-mediated disease pathway and the subsequent biological effect, as wel as the assay of the PFC/PTP complex will be investigated at cellular level. The quantitative structure-activity relationship of PFCs will be established. The novel cellular target of PFCs and pathogenic mechanism will be explored in detail. Our study will provide a novel way for screening the cellular target of other pollutants and studying their molecular toxicology.

流行病学调查表明人类血液中全氟化合物（PFCs）浓度与一些癌症及疾病的发生呈显著正相关。蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP）是细胞信号传导过程的重要调节因子，参与多种细胞功能的调控，PTP活性失调会导致多种疾病甚至癌症的发生等。PFCs进入生物体后，是否会与疾病相关通路PTP相互作用并对PTP介导的通路产生干扰效应，仍属未知。本项目拟在前期酪氨酸磷酸化电化学传感器工作的基础上，研究PTP催化多肽磷酸化酪氨酸残基的去磷酸化反应，实现对PTP活性的免标记检测。利用建立的传感方法，快速筛查PFCs对PTP活性的干扰效应，并在细胞水平研究PFCs对筛选出的PTP活性的影响、对PTP介导的疾病相关通路的干扰和后续生物学效应、以及PFCs与PTP复合物形成与否，建立定量结构-活性关系模型。探讨PFCs毒性的新靶点及分子机理，该项目将为其它持久性有毒污染物毒性作用新靶点的体外筛查和分子毒理学研究提供一种新手段。

全氟类化合物（Perfluorinated compounds, PFCs）是一类具有环境持久性和生物累积性的新型有机污染物。目前，在野生动物的血清、肝、肾、脂肪和人类的血液、肝脏、肺脏、肾脏、胰腺、母乳、精液当中均检测到PFCs的存在。流行病学调查表明人类血液中PFCs浓度与一些肿瘤及疾病的发生呈显著正相关。动物实验表明PFCs能够造成全身多种脏器的损害，表现为肝毒性、生殖毒性、发育毒性、免疫毒性、内分泌干扰和诱导肿瘤的产生等。目前，PFCs毒理学的数据获得多是基于实验动物器官的病理损伤、相关生理指标的检测等，而对于其产生毒性作用的机理尚不清楚。要明确PFCs的毒性作用机制，首先需要弄清PFCs在生物体内会与哪些靶蛋白（尤其是那些在疾病相关的信号通路中起开关作用的关键分子）发生相互作用。SHP-2蛋白质酪氨酸磷酸酶是细胞信号传导过程的重要调节因子，参与多种信号通路及细胞功能的调控。研究表明因细胞环境的不同，SHP-2具有促癌或抑癌双重功能，SHP-2活性失调会导致多种疾病甚至癌症的发生等。PFCs进入生物体后，是否会与SHP-2相互作用并对其介导的通路产生干扰效应，仍属未知。本项目在前期酪氨酸磷酸化电化学传感器工作的基础上，研究了SHP-2催化多肽磷酸化酪氨酸残基的去磷酸化反应，根据磷酸化酪氨酸和正常酪氨酸电催化信号的差异，实现了对SHP-2活性的免标记检测。利用建立的传感方法，快速筛查了16种PFCs对SHP-2活性的干扰效应，发现PFCs对SHP-2的活性具有显著的抑制效应。进一步在细胞水平研究了PFCs对SHP-2活性的影响和后续生物学效应，研究发现PFCs进入细胞后，未引起SHP-2基因、蛋白表达的变化，但是能够显著抑制HepG2肝细胞内的SHP-2活性，并导致SHP-2所催化的下游底物蛋白Paxillin的磷酸化水平异常上升。通过免疫共沉淀的方法，在PFCs暴露的HepG2细胞中抓取得到SHP-2/PFCs复合物，直接证实了SHP-2是PFCs在细胞中一个新的作用靶分子。PFCs与SHP-2的结合抑制作用可能成为其分子起始事件，进一步干扰SHP-2调控的后续正常生理过程，这有可能是PFCs产生毒性作用的机制之一。本研究为揭示PFCs毒性作用的分子机制提供了一种新的思路。