全氟化合物干扰肝细胞核内脂滴形成的分子机制及构效关系研究

Perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) are two typical per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) restricted by Stockholm Convention, which have attracted wide concern for their lipid metabolism disturbance effect. We previously reported that PFOS induced accumulation of lipid droplets in hepatic cytoplasm of BALB/c mice, while PFOA led to increased lipid droplets in the nucleus and caused more severe toxic effects. Lipid droplet is a structurally and functionally complicated organelle, its metabolism in the nucleus is closely related to various life activities such as cell proliferation, survival, differentiation, and apoptosis. In this project, we will combine in vitro and in vivo models to further explore the molecular mechanism involved in PFASs-disturbed nuclear lipid droplet formation. We will study the effect of multiple PFASs on the ultra-structure of nuclear pore complex; quantify the internal exposure dose of PFASs as well as the accumulated lipids in hepatocyte nucleus, and further determine their dose-effect relationship; analyze the biological function and expression of key regulate protein involved in cross-nuclear envelope transport of lipids as well as lipid droplet formation in the nuclei; employ computational chemistry methods to construct a quantified structure-activity relationship model, aiming to clarify the molecular pathway involved in PFASs-disturbed nuclear lipid droplet formation and the structure-activity relationship. This study will provide sound scientific information for accurately evaluating the health risk of PFASs.

全氟辛基磺酸（PFOS）和全氟辛基羧酸（PFOA）是斯德哥尔摩公约限制使用的典型全氟化合物（PFASs），其脂类干扰效应广受关注。我们发现PFOS可造成脂滴在小鼠肝细胞质中大量蓄积，而PFOA则引起肝细胞核内脂滴的特异累积并产生更强的毒性效应。考虑到脂滴是一个结构、功能复杂的细胞器，其在细胞核内的代谢异常可直接影响细胞的增殖、存活、分化和凋亡，我们将结合离体和活体实验模型，进一步深入研究PFASs干扰肝细胞核内脂滴形成的分子机制。本项目将确定PFASs对核孔复合物超微结构的影响；定量分析PFASs在肝细胞核内的暴露水平、脂滴累积并确立剂量-效应关系；特定检测脂类物质跨核膜转运蛋白和核内脂滴形成关键调控蛋白的表达及相关生物学功能；结合计算模拟方法，建立定量效应关系模型，阐明PFASs影响肝细胞核内脂滴形成的分子作用途径及构效关系，最终为准确评价PFASs的健康风险提供科学依据。

全氟辛基磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是斯德哥尔摩公约限制使用的典型全氟及多氟化合物（PFASs），其脂类干扰效应广受关注，结构的不同造成了其毒性的差异。我们前期的研究结果表明，PFOS暴露可造成小鼠肝细胞质内脂脂质累积，而PFOA则诱导了肝细胞核内的脂滴聚集。本项目对比研究了PFOA及PFOS对小鼠体内脂肪含量和分布的影响并探索了其中可能受影响的分子通路，筛选出了PFOA靶向的肝细胞核内脂滴形成和聚集相关分子通路中关键蛋白，解析了PFOA暴露造成小鼠肝细胞核内脂滴异常累积相关的分子机制，最终选择多个碳链长度不同、结构不同的PFASs开展暴露实验，探索了PFASs结构与小鼠肝细胞核和细胞质内脂滴分布及数量之间的结构-效应关系。具体内容为：（1）PFOA/PFOS对小鼠体内脂肪含量和分布的影响：不同浓度的PFOA与PFOS均可改变小鼠体内脂质含量和分布，两种化合物均能诱导小鼠肝脏脂质异常累积，造成小鼠能量代谢紊乱。二者的作用机制具有差异性，其中PFOA增加了小鼠呼出CO2量、消耗O2 量和产热量，导致小鼠耐寒能力下降。（2）PFOS与PFOA造成小鼠肝细胞内脂质分布不同的机制差异及PFOA诱导细胞核内脂滴聚集的关键靶标分析：结合前期PFOS 与PFOA影响小鼠肝细胞脂滴的异常分布现象，通过蛋白组学及western blot分析对细胞质-细胞核之间脂类物质交换相关的转运通路，以及肝细胞核内脂滴形成和聚集相关分子通路的关键靶标蛋白表达进行分析，发现PFOS和PFOA在脂质代谢过程、脂肪酸β氧化过程、核糖体合成等代谢通路所调控的差异蛋白决定了其暴露后脂滴在肝细胞内的不同分布状态。脂滴入核的关键途径中SEIPIN、DGAT2、CCTα和MTP等蛋白可能是造成PFOS和PFOA暴露后小鼠肝细胞内脂滴分布差异的靶点。（3）不同结构的PFAS对肝脏内脂肪累积和分布的影响：小鼠肝细胞核和细胞质内脂滴分布及数量与PFASs结构具有显著的结构-效应关系，肝细胞核内脂滴形成的关键靶标蛋白/基因受到PFASs的影响并与其结构密切相关。本项目所获得的实验结果可为评估新型PFASs的健康风险及开发安全性高的替代产品提供科学依据。