从PPARγ信号通路研究双酚A诱导免疫毒性的作用机制

Bisphenol A (BPA) is one of the highest volume of chemicals used worldwide. Hence it is necessary and urgent to clarify its potential toxicity and related mechanisms. Recent studies indicate that apart from its strong endocrine disrupting activity and genotoxicity, BPA also leads to immunotoxicity. However, the underlying mechanism remains unclear. PPARγ, a ligand-inducible nuclear transcriptor, not only contributes to adipocyte differentiation and metabolism regulation , but is also involved in modifying immune effects and macrophage polarization. It has been established that BPA can activate the PPARγ pathway in adipocytes, inducing the differentiation of adipocytes and leading to the occurrence of obesity and diabetes. So, can BPA also activate the PPARγ pathway in immune cells especially macrophages to affect the immunoactivities? This project aims to answer this question and the results will help us comprehensively understand the toxic effects of BPA. CRISPR/Cas9 will be employed to generate PPARγ knockout cells to help explore the role of PPARγ in BPA-induced immunotoxicity. This project will also establish a cellular screen model to detect the PPARγ activating activities of chemicals, which will provide information for chemical risk assessment and policy making by environmental departments.

双酚A是全球使用量最大的化学原料之一，对其潜在毒性及机制的研究重要而迫切。最近研究发现双酚A除了具有较强的内分泌干扰效应和生殖毒性外，还具有免疫毒性，但其中的确切机制尚不清楚。PPARγ是配体激活的核转录因子，通过调节相关基因的表达，在脂肪形成、糖脂代谢及免疫反应中发挥重要作用。已知双酚A能激活脂肪细胞中的PPARγ受体，加速脂肪细胞的分化并导致代谢紊乱、肥胖与糖尿病。那么，双酚A能否激活免疫细胞中的PPARγ通路，并通过该通路调控免疫系统呢？针对这一问题的研究尚未见报道。本项目拟通过研究双酚A是否调控免疫细胞中的PPARγ通路来探讨双酚A诱导免疫毒性的分子机制，并利用CRISPR/Cas9技术构建PPARγ基因敲除细胞以揭示PPARγ在该过程中的作用，为全面深入地了解双酚A的毒理效应及机制提供理论基础，并拟通过建立细胞筛选模型，为化学品的风险评估以及相关部门管理政策的制定提供科学依据。

本项目拟通过研究双酚A（BPA）是否调控巨噬细胞中的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）通路来探讨BPA诱导代谢紊乱的分子机制，从而为全面深入地评估BPA及其它环境化合物的环境毒理效应及机制提供理论基础。 利用分子、细胞和动物等不同研究体系和实验方法，我们的研究结果发现：（1）BPA及其类似物双酚S（BPS）均能激活人源THP-1巨噬细胞中的PPARγ核受体，显著诱导脂代谢相关基因（FABP4、CD36和NR1H3）的表达。在敲除PPARγ的巨噬细胞中这些基因的表达均被明显抑制，证明BPA及BPS通过作用于PPARγ核受体诱导这些基因的表达。（2）C57BL/6J小鼠通过饮水途径暴露于BPA和BPS（50和5000 μg/kg/day）十周，虽然BPA和BPS暴露未造成小鼠体重的明显增加和血糖稳态的明显变化，我们通过代谢组学分析发现BPA和BPS的暴露能诱导肝组织中代谢分子图谱的明显改变，并与其诱导的PPARγ靶基因（FABP4、CD36和NR1H3）的表达上调相一致，表明BPA和BPS也能在动物水平（in vivo）诱导代谢紊乱。（3）基于BPA和BPS的研究结果，我们还建立了筛选平台，通过双荧光素酶报告基因系统筛选能激活PPARγ的环境污染物，并基于筛选结果对环境化合物调控代谢系统的效应进行进一步研究，我们发现有机锡化合物三丁基锡（tributyltin, TBT）能在纳摩尔浓度级别显著激活巨噬细胞中的PPARγ，并显著诱导PPARγ靶基因的表达，同时促进巨噬细胞和肝细胞中甘油三酯的积聚。利用PPARγ基因敲除巨噬细胞或PPARγ抑制剂，我们发现TBT通过作用于PPARγ诱导脂代谢相关基因的表达。进一步的动物实验也在in vivo水平验证了TBT对PPARγ的作用和对小鼠脂代谢的调控。本项目综合利用不同的实验技术和研究体系，在分子、细胞和动物整体水平上揭示了BPA和其类似物BPS均能通过干扰PPARγ信号通路导致代谢紊乱，BPS并不是BPA安全的替代物。同时，巨噬细胞及肝细胞中的PPARγ核受体可能是部分环境化合物作用的靶点，可以作为筛选和评估环境化合物潜在代谢毒性的靶标工具。项目资助发表SCI论文7篇，其中第一标注4篇，第二标注3篇。