全氟化合物甲状腺系统干扰效应的分子机制研究

Perfluoroalkyl compounds (PFCs), as a new class of persistent organic pollutants, have been reported to disrupt the normal function of the thyroid hormone system. Several epidemiologic studies and animal experiments have found that serum PFCs associated with thyroid hormone level modification and current thyroid disease in human. However, the molecular mechanism of PFCs’ toxicity on thyroid hormone system is still unknown. In the present study, we will investigate the target moleculars of PFCs and study the molecular mechanism at the level of hormone synthesis, transport, receptor and metabolism. We will evaluate the binding and activity of PFCs to thyroid peroxidase, thyroid hormone transport proteins, thyroid hormone receptors and uridine diphosphate glucuronyl transferase enzyme. PFCs with different structures will be studied to identify structural determinants. Molecular docking will be introduced to simulate the interactions of PFCs with proteins. According to the above results, we hope to understand the molecular mechanism of PFCs’ toxicity on the thyroid hormone system.

全氟化合物(PFCs)是一类新型的持久性有机污染物。近年来多篇流行病学调查和动物实验显示PFCs暴露与甲状腺激素平衡失调和甲状腺疾病具有相关性。PFCs的甲状腺系统干扰效应逐渐受到人们关注。但是，目前PFCs对甲状腺系统干扰效应的分子机制研究还非常缺乏。本项目拟在甲状腺激素合成、激素转运、受体作用和代谢转化四个水平开展研究，考察PFCs作用于甲状腺系统可能的靶分子，并进一步探讨其产生干扰效应的分子作用机制。通过研究PFCs与甲状腺系统中四种重要的生物大分子(甲状腺过氧化物酶、甲状腺激素转运蛋白、甲状腺激素受体、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶)的结合能力、酶活影响及受体效应，明确PFCs与这些蛋白的相互作用和功能影响。通过考察多种不同结构的PFCs，并对其蛋白结合作用方式进行分子模拟，探讨PFCs的构效关系及分子作用机理。以上研究结果将对阐明PFCs对甲状腺系统干扰作用的分子机制具有重要意义。

全氟化合物(PFCs)是一类新型的持久性有机污染物。近年来多篇流行病学调查和动物实验显示PFCs暴露与甲状腺激素平衡失调和甲状腺疾病具有相关性。但是，目前PFCs对甲状腺系统干扰效应的分子机制研究还非常缺乏。本项目在甲状腺激素转运水平和受体水平两方面探讨了PFCs对甲状腺激素系统产生干扰效应的可能分子机制。我们测定多种结构不同的 PFCs (碳链长度：4 碳-18 碳，末端取代基团：羧酸基，磺酸基，醇羟基)与甲状腺激素转运蛋白TTR和 TBG 的结合能力。结果表明大部分PFCs能够与TTR结合，其相对结合力 (相对于T4) 在0-0.24之间，其中PFOS的结合能力最强（RP=0.24）。对于另一种转运蛋白TBG，PFCs中只有两种（PFTA 和PFTdA）能够与其结合，且结合能力非常弱。蛋白突变实验和分子对接的结果证明氨基酸Lys15在PFCs结合TTR时发挥重要作用。根据所得到的PFCs与TTR的结合数据，我们对PFOS和PFOA在普通人群和职业暴露人群体内的毒性风险进行了评估。结果发现，普通人群体内的PFOS和PFOA浓度较低，不会对TTR的激素转运功能造成影响。但是对于职业暴露人群，由于其体内浓度非常高，基本能够结合所有的TTR（大于90%），因而可能会对TTR的激素转运功能造成较大影响。在甲状腺激素受体水平，我们同样也测定了多种不同结构的PFCs与甲状腺激素受体蛋白TR的结合能力。结果发现大部分PFCs都能够结合TR，其结合能力是天然激素T3的0.0003–0.05倍。分子对接实验证明氨基酸Arg228在PFCs结合TR时发挥重要作用。通过GH3 细胞增殖实验，我们在细胞水平证实了PFCs 对甲状腺激素受体信号通路具有激活效应。此外，我们以非洲爪蟾这个两栖动物为活体模型，进一步在活体水平研究了PFCs对TR信号通路的效应。结果表明低浓度的PFOS在蝌蚪体内也能表现出激活TR的效应。综合蛋白结合、受体效应和分子对接结果，我们明确了 PFCs 对甲状腺激素受体通路的影响及分子作用机理。通过本项目的工作，我们明确了PFCs与甲状腺激素转运蛋白和受体的结合能力及作用机理，对准确评估PFCs对人群的毒性风险和对阐明PFCs对甲状腺系统干扰作用的分子机制具有重要意义。