典型全氟烷酸类化合物通过SIRT1-UCP2通路干扰胰岛素分泌的作用及机制研究

The perfluoroalkyl acids (PFAAs) are a class of emerging persistent organic pollutants. Several epidemiologic studies and animal experiments have showed that the PFAAs could disrupt insulin secretion. However, the mechanism of PFAAs’ toxicity on insulin secretion is still unknown. The SIRT1-UCP2 pathway is a critical way to regulate insulin secretion. In the present study, we will investigate the interference effect of PFOS, a typical material of PFAAs, on the SIRT1 activity, UCP2 gene expression, ATP/ADP ratio and insulin secretion at molecular, cellular and animal levels. The disruption effect and mechanism of PFOS on insulin secretion via SIRT1-UCP2 mediated pathway will be systematically studied through the enzymatic activity, SIRT1-UCP2 pathway disruption and physiological functions. In order to identify the molecular basis and structural determinants, the PFOS-SIRT1 binding model will be studied by computational docking method. This proposal will make clear the function of SIRT1-UCP2 pathway in the PFAAs induced insulin secretion disruption, and will provide experimental evidence and theoretical basis for environmental risk assessment of PFAAs.

全氟烷酸类化合物（PFAAs）是一类新型持久性有机污染物，多篇流行病学调查和动物实验都显示PFAAs能够引起胰岛素水平的紊乱。但目前对于PFAAs诱发胰岛素紊乱的机制还非常缺乏。本项目拟以典型全氟烷酸类化合物PFOS为目标化合物，以体内调控胰岛素分泌的重要通路SIRT1-UCP2通路为研究靶点，在分子、细胞及动物水平，考察PFOS对SIRT1酶活性、UCP2基因表达、ATP/ADP比值及胰岛素分泌的影响作用，从酶活性、信号传导、生物效应等多个角度，全面研究PFOS对SIRT1-UCP2通路的干扰效应。通过特异性抑制剂和激活剂的使用，明确SIRT1-UCP2通路在PFOS诱发胰岛素分泌毒性中的作用及机制。对PFOS与SIRT1的结合进行模拟，阐明PFOS干扰SIRT1酶活的结构基础。该项目可揭示PFOS诱发胰岛素分泌毒性的新型分子机制，为全面评价PFAAs的健康风险提供一定的科学线索和依据。

全氟烷酸类化合物（PFAAs）是一类新型持久性有机污染物，多篇流行病学调查和动物实验都显示PFAAs能够引起胰岛素水平的紊乱。但目前对于PFAAs诱发胰岛素紊乱的机制还非常缺乏。本项目以典型全氟烷酸类化合物全氟辛烷磺酸（PFOS）为目标化合物，研究了PFOS急性暴露（1h）及长期暴露（48h）对胰岛Beta-TC-6细胞胰岛素分泌的影响，并探讨了其分子机制。研究发现，.1，PFOS长期暴露（48h）能够抑制SIRT1酶的活性，分子模拟显示PFOS能够结合在SIRT1的空腔，且与SIRT1中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）结合空腔重叠。在Beta-TC-6细胞中，PFOS暴露可上调解偶联蛋白2（UCP2）的表达，而这种上调在SIRT1抑制剂Ex-527的存在下被抑制。PFOS暴露可降低线粒体膜电位（ΔΨm），降低葡萄糖诱导的ATP生成和Ca2+内流。进一步研究发现，PFOS暴露能够抑制葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS），而q-PCR结果显示PFOS暴露对胰岛素基因的表达无明显改变。重要的是，SIRT1激活剂或UCP2抑制剂可以部分逆转PFOS诱导的GSIS损伤。动物实验也证实PFOS暴露能够损害葡萄糖刺激的胰岛素分泌。综上所述，结果表明PFOS暴露可抑制SIRT1活性，并进一步干扰SIRT1-UCP2通路，而且SIRT1-UCP2通路参与了PFOS诱导的GSIS损伤。.2，PFOS急性暴露（1h）Beta-TC-6细胞时，能够刺激胰岛素分泌及细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)上升，进一步研究发现PFOS诱导的[Ca2+]i上升是通过细胞内Ca2+的释放及细胞内Ca2+的内流实现的。PFOS暴露能够降低细胞内ATP水平及ATP/ADP比值，显示PFOS的急性暴露能够引起线粒体损伤。GPR40的特异性抑制剂GW1100，可以阻断PFOS引起的胰岛素分泌及[Ca2+]i上升，而GW9662（PPARγ的特异性抑制剂）对PFOS引起的胰岛素分泌没有影响。应用RNA干扰技术（RNAi）对GPR40基因进行沉默可以阻断PFOS暴露引起的胰岛素分泌及[Ca2+]i上升。同时，应用特异性抑制剂，GPR40的下游通路PLC及LTCC都参与了PFOS诱导的胰岛素分泌。