双酚类化合物的神经发育毒性及多信号介导的分子机制

Based on previous work concerning thyroid hormone signaling disruption and developmental toxicities of bisphenol A (BPA) and its alternatives, we propose that “BPA and its alternatives may affect the proliferation and differentiation of neural stem cells and result in neurodevelopmental toxicity via disrupting TH signaling and Notch signaling with cross-talk”. Focusing on this proposal, we will carry out the following studies using Xenopus laevis as experimental animals: 1) To investigate neurodevelopmental toxicity of embryonic exposure to BPF in comparison with BPA; 2) To explore the effects of BPA/BPF on TH and Notch signaling in the brain, and the effects on the proliferation and differentiation of neural stem cells mediated by the two signaling pathways; 3) To reveal the cross-talk between TH and Notch signaling disruption by BPA/BPF. The above studies will identify neurodevelopmental toxicity of low concentration of bisphenol chemicals and clarify the molecular mechanisms of neurodevelopmental toxicity of BPA/BPF in term of the regulation for neural stem cells. This proposal will improve the understanding of neurotoxicity of bisphenol chemicals and provide scientific evidence for the management of these chemicals.

在双酚A（BPA）及其替代品甲状腺激素（TH）信号干扰和发育毒性的前期工作基础上，我们推测“BPA/BPF可能通过Notch信号和TH信号干扰神经干细胞稳态、影响其增殖和分化而导致神经发育毒性，而且这两个信号干扰可能存在交互作用”。本项目围绕这一假设，以非洲爪蛙为模型开展以下研究：1）在分子、细胞、脑组织学结构、神经行为等水平上识别BPF胚胎暴露对早期和后期神经发育的影响，并与BPA比较；2）探讨BPA/BPF对脑中TH信号和Notch信号的干扰作用及由此介导的对神经干细胞增殖和分化的效应；3）揭示BPA/BPF对脑中TH信号和Notch信号干扰的交互作用。通过以上研究，识别低剂量双酚类化合物胚胎暴露的神经发育毒性，在神经干细胞调控的层面揭示该类化合物神经发育毒性的分子机制，拓展对双酚类化合物神经毒性的认识，并为该类化合物的环境管理决策提供科学依据。

双酚A（BPA）替代品、类似物以及衍生物的安全性问题一直受到关注，是近年来环境毒理学研究的热点。课题组前期研究发现双酚类物质可干扰甲状腺激素（TH）信号并影响两栖动物变态发育，其间有Notch信号的参与。鉴于TH信号和Notch信号在脊椎动物脑发育过程中的重要作用，本项目进一步探讨了双酚类物质对脑发育的影响及TH信号或Notch信号介导的机制。研究发现：基于两栖动物非洲爪蛙的体内研究中，BPA、BPF及BPA衍生物TBBPA明显影响蛙的脑发育，主要由TH 信号而非Notch信号介导；但是利用多种组织（肠、血管、心脏）来源的细胞系开展的体外研究显示，BPA和BPF可以激活Notch信号并影响细胞增殖、迁移和分化，而且这两种双酚类物质对Notch信号的干扰在肠发育过程中得到验证；与两栖动物的研究结果不同，TBBPA和BPAF对哺乳动物小鼠的脑（小脑和海马）发育过程中的TH信号影响不明显，且对脑发育的影响也较小。综合以上结果，认为双酚类物质的TH信号干扰及脑发育影响在两栖动物和哺乳动物间存在明显的种属差异，可能与哺乳动物复杂的内分泌调控系统和补偿机制相关。另外，双酚类物质不影响爪蛙和小鼠脑发育过程中Notch信号，但是对其他组织和细胞中的Notch信号具有明显干扰作用，推测Notch信号可能是双酚类物质作用多种组织的敏感的靶，但是脑对Notch信号干扰不敏感。这些发现有力地促进了对双酚类物质毒性效应和机制的认识，同时对于认识甲状腺干扰与脑发育影响的关系有一定意义。