基于质谱代谢组学的三氯卡班及其羟基代谢物的肝脏毒性机制研究

Triclocarban (TCC) is a polychlorinated aromatic antimicrobial that is commonly added to a wide range of products. It has been classified as a contaminant of emerging concern (CEC) due to its environmental persistence, bioaccumulation and biotoxicity. TCC could be oxidized to hydroxylated metabolites (OH-TCC), and induce hepatotoxicity in biota. However, the mechanisms of hepatotoxicity have remained largely unclear. Therefore, this proposal attempts to use cell and animal models in combination with advanced mass spectrometry and metabolomics technologies to explore the underlying mechanisms of hepatotoxicity induced by TCC and OH-TCC. Chemical synthesis method will be developed to obtain OH-TCC standards. The mass spectrometry-based metabolomics analysis will be applied to identify the small molecule biomarkers and metabolic pathways related to hepatotoxicity, further to discover the potential target sites of toxicity, and to reveal the widespread metabolic changes of selected biomarkers. Liver microsomal metabolism of TCC and OH-TCC will be studied to elucidate the biotransformation pathway, and to investigate the interaction between reactive metabolites and biomolecules. This research will be an important step towards the understanding of mechanisms of TCC and OH-TCC induced hepatotoxicity at individual, cellular and molecular levels, providing the scientific basis for human health risk assessments of TCC.

三氯卡班（TCC）是一种应用广泛的氯代抗菌剂，因其具有环境持久性、生物富集性及生物毒性而被认定为一种新型环境污染物。TCC进入生物体后会被氧化生成羟基代谢物（OH-TCC），同时产生肝脏毒性效应。但目前有关TCC肝脏毒性的作用机制尚不明确。本项目拟选择TCC和OH-TCC为研究对象，首先通过化学合成法制备OH-TCC标准品，进而以先进的质谱技术和代谢组学技术为研究手段，采用典型的细胞和动物实验模型，建立目标化合物与肝脏毒性相关的质谱代谢组学研究平台，筛选与肝脏毒性相关的小分子代谢标志物及代谢通路，识别毒性作用靶点，解析生物标志物的毒性响应特征；同时结合肝微粒体模型，探索TCC在生物体内的转化途径，以及活性代谢产物与生物分子间的相互作用。本项目研究以期在个体、细胞和分子水平全面阐述TCC和OH-TCC的肝脏毒性作用机制，为准确评价TCC人体暴露的健康风险提供重要的科学依据。

三氯卡班（TCC）是一种用途广泛的氯代抗菌剂，也是一种新型环境污染物，但TCC及相关物质人体暴露的肝脏健康风险一直不清楚。本项目基于质谱代谢组学手段主要开展了以下研究工作：（1）通过肝细胞模型研究，揭示TCC暴露可引起人正常肝细胞谷胱甘肽（GSH）代谢下调、氧化磷酸化功能损伤及嘌呤代谢上调，导致ROS过量累积及氧化损伤；TCC暴露使肝癌细胞GSH代谢、糖酵解以及谷氨酰胺分解过程显著升高，可能造成肝癌的进一步发展；同时TCC在肝细胞中经羟基化途径发生代谢活化，其细胞毒性为6-OH-TCC>2′-OH-TCC>3′-OH-TCC>DHC。（2）建立环境浓度TCC持续皮肤暴露的小鼠模型，进一步揭示TCC引起肝脏中氧化应激增强及甲基化调控改变，并造成氧化损伤及上游代谢通路糖酵解和叶酸介导的一碳代谢上调；同时TCC在CYP450酶介导下经羟基化、脱氯、甲基化作用进行Ⅰ相代谢，以及通过葡糖醛酸化、磺酸化和GSH结合进行Ⅱ相代谢。在肠道菌群作用下，葡糖醛酸和磺酸结合态代谢物重新解离成活性的氧化态，并引发肠道稳态破坏及微生物组成改变。（3）三氯生（TCS）是和TCC结构相似的一种氯代抗菌剂，我们的研究证实氧化损伤是TCS导致肝细胞毒性的重要因素，其作用机制为TCS快速Ⅰ相代谢引发氧化应激反应，造成正常肝细胞中嘌呤代谢和氨基酸代谢上调、脂质累积以及能量代谢紊乱；TCS促进肝细胞癌增强的机制包括TCS在癌细胞中快速的Ⅱ相代谢脱毒过程、抗氧化防御系统的增强以及能量代谢的提高。结合理论计算及实验分析，进一步揭示了哺乳动物体内与TCS肝脏毒性相关的羟基化代谢普遍发生。（4）建立了TCS、TCC、TCC代谢物及副产物在血液和尿液中的UHPLC/ESI-MS/MS定量检测方法及污染去除途径。上述研究为我们为准确评价氯代抗菌及人体暴露的健康风险提供了重要理论和方法依据。