全氟辛酸（PFOA）诱导发育心脏毒性机制研究

Cardiovascular disease is the leading cause of mortality and morbidity around the world. Currently, most efforts to prevent and treat cardiovascular diseases are focusing on adults, with few efforts have been made on heart development. Previously, we found that perfluorooctanoic acid (PFOA) could induce developmental cardiotoxicity in chicken embryo, including cardiac remodeling and function alterations. The mechanism involves PPARα and BMP2. Since there have been reports that PFOA could influence endogenous carnitine levels, we hereby propose that PFOA induced developmental cardiotoxicity is associated with its influence on endogenous carnitine levels and reactive oxygen species (ROS) levels , which, together with altered PPARαand BMP2 signaling, participated in the toxicity of PFOA. Our aims are to explore the roles of PPARα and BMP2 in PFOA induced developmental cardiotoxicity in chicken embryo with gene silencing technique; establish detection method with mass spectrometry and electron spin resonance (ESR) to assess the levels of endogenous carnitine and ROS, elucidating the role of endogenous carnitine in normal or PFOA treated chicken embryo hearts; and determine whether extrogenous L-carnitine could protect heart development from PFOA-induced developmental cardiotoxicity and explore underlying mechanism. Our study will provide useful information elucidating the mechanism of PFOA-induced developmental cardiotoxicity and suggesting that the cardiovascular health could benefit from protection of normal heart development.

心血管疾病入院率及致死率在世界范围内居高不下。当前，心血管系统疾病的防治多从成年心血管疾病入手，甚少涉及心脏发育角度。笔者之前研究发现全氟辛酸（PFOA）在鸡胚中诱导发育心脏毒性，表现为心肌重构和心脏功能改变，机制涉及PPARα及BMP2。已有报道，PFOA影响内源性卡尼丁群水平，故本研究提出PFOA诱导的发育心脏毒性与其对活性氧自由基（ROS）及内源性卡尼丁群水平的影响有关，其与改变的PPARα及BMP2共同参与PFOA的毒性。本课题拟以基因沉默技术揭示PPARα及BMP2在PFOA诱导发育心脏毒性中的作用及级联关系; 建立质谱和ESR方法，检测内源卡尼丁群含量及ROS水平，揭示正常及PFOA影响下内源卡尼丁群在心脏发育及心肌重构中的作用；并确定左卡尼丁对PFOA所诱导的心脏发育毒性的保护及机制，以揭示PFOA诱导鸡胚心脏发育毒性的机制，并为保护心脏发育进而保护心血管健康提供良好依据。

心血管疾病为困扰人类健康的最重要疾病之一，其致死率在世界各地均居于前几位。当前，心血管系统疾病的防治多从成年心血管疾病入手，较少从心脏发育角度研究。本研究从常见的环境持久性有机污染物全氟辛酸（PFOA）入手，研究了PFOA在鸡胚诱导的发育心脏毒性，首先建立了模型，以组织学及心电检测方法从形态和功能方面确认了PFOA对发育中鸡胚及孵化雏鸡心脏的影响，之后分别以质谱等方法研究了PFOA对内源性卡尼丁群（左卡尼丁，乙酰左卡尼丁，丙酰左卡尼丁）水平的影响及外源性补充左卡尼丁的保护作用，以电子自旋共振技术研究了PFOA对活性氧，活性氮的影响，以慢病毒在体沉默技术及原代心肌细胞技术研究了PFOA发育心脏毒性中，PPARalpha及BMP2所起的作用。结果显示，PFOA能令鸡胚及雏鸡右心壁变薄，心率加快。PFOA暴露后，质谱结果显示鸡胚心脏内源性卡尼丁群水平受到影响，而外源补充左卡尼丁可以起保护作用，提示对左卡尼丁的影响可能是PFOA的作用机制之一。电子自旋共振结果显示PFOA暴露引起活性氧及一氧化氮水平的升高，伴有iNOS及NF-KB p65的改变，提示氧化应激也是PFOA发育心脏毒性机制之一。在体慢病毒沉默技术显示，沉默PPARalpha能部分对抗PFOA诱导的发育心脏毒性，而沉默BMP2能模拟，加重PFOA诱导的发育心脏毒性，且BMP2沉默能影响PPARa表达，反之则无效，表明BMP2位于PPARalpha上游。左卡尼丁的保护作用在两种沉默下均仍然存在，提示PFOA的部分作用机制为影响BMP2/PPARalpha，左卡尼丁的保护作用不通过PPARalpha或BMP2。原代心肌细胞实验表明，PFOA预给药（受精鸡蛋注射暴露）或后给药（在细胞中直接暴露）均能引起心肌细胞内钙超载，PPARalpha沉默能对抗PFOA引起的细胞毒而不能对抗钙超载，表明对钙离子的影响很可能是PFOA引起独立于PPARalpha的发育心脏毒性的机制。综上所述，本研究发现PFOA从形态和功能上影响鸡胚心脏发育，阐明了包括卡尼丁群水平改变，活性氧，BMP2/PPARalpha通路的作用机制，为公共卫生风险评估提供了良好的依据，并提示左卡尼丁在保护正常心脏发育中的潜力。