稳定同位素标记辅助的代谢组学技术研究双酚S暴露的促肥胖风险机制

Bisphenol S (BPS) is one of bisphenol A (BPA) alternatives primarily in the manufacturing of “BPA-free” polycarbonate plastics and epoxy resins. BPS has been reported to be the environmental chemical with obesogenic potential as BPA. However, molecular and biological effects of BPS involved in the obesity process (i.e., glucose uptakes, lipolysis, and the modulation of genes) are quite different from BPA, suggesting a compound-specific mechanism. The obesogenic influence of BPS and its mechanism of action have not yet been fully elucidated. In this study, a stable isotope-assisted metabolomics approach will be employed to unravel the metabolic reprogramming induced by BPS exposure in 3T3-L1 preadipocytes, as compared with vehicle control and BPA exposure of different time-course and doses. We will characterize the time-course disturbance with the change of metabolite concentration along the adipocyte differentiation process. To capture the dynamics of metabolic networks, the differences of 13C enrichment in metabolites from [U−13C]-glucose-based cell culture will be analyzed to provide information about the accumulation and turnover process. The proliferation and differentiation of cells will also be monitored. Finally, the metabolic reprogramming would be analyzed from different levels to uncover the mechanisms of BPS exposure on the obesogenic influence, and potential biomarker candidates associated with adverse effects could be discovered, thereby to provide the theoretical foundation for prevention interventions and risk prediction for the use of BPS.

双酚S（BPS）是双酚A（BPA）主要替代物之一，被广泛用以生产“零BPA”产品。研究表明BPS具有与BPA类似的“环境致肥胖因子”风险，其暴露与脂肪蓄积及肥胖发生存在关联。然而在影响基因表达、葡萄糖摄入、脂解作用等方面，BPS与BPA存在特异性差异。目前BPS促肥胖风险机制尚不明确。本研究拟采用稳定同位素标记辅助的代谢组学技术，考察BPS暴露下3T3-L1前脂肪细胞诱导分化过程的代谢重编程，研究BPS促肥胖风险机制。研究将比较BPS处理与BPA对照及污染空白，在不同时长与不同剂量的暴露下，从细胞增殖与分化表型、诱导分化过程代谢物含量的时序性变化、基于代谢通路分析同位素标记前体葡萄糖的动态转化等不同视角，考察BPS暴露对脂肪细胞增殖分化过程的影响，从代谢重编程角度探讨BPS促肥胖风险的机制，并筛选暴露效应的候选潜在生物标志物，为BPS替代的风险预测及最终寻找有效干预手段提供理论依据。

双酚S（BPS）是BPA主要替代物之一，已被广泛用以生产“BPA-free”产品。研究表明BPA的使用与肥胖及糖尿病风险增加存在关联，然而其替代物BPS的潜在影响尚不明确，替代安全性问题目前引发许多争议。本项目发展稳定同位素标记辅助的代谢组学新技术，考察BPS暴露下3T3-L1前脂肪细胞诱导分化过程的代谢重编程，研究潜在的暴露风险。.1. 发展了信息高通量代谢组学分析策略应用于追踪脂肪细胞应对外界污染暴露而引起的内源性代谢重编程。将稳定同位素示踪技术引入经典非靶向代谢组学分析中，以增加新的分析维度，并发展实验室自编软件进行高通量的代谢数据处理，实现了从单次样本分析中同时获取静态及动态代谢变化信息并用于多角度代谢组学分析的目的。该方法的发展可为暴露风险考察开辟新的视角。.2. 前脂肪细胞诱导分化过程BPA/BPS暴露的脂质组学研究。“静态”脂质代谢分析表明，BPA和BPS在不同剂量（0.01、1和100 μM）作用下均可引起细胞脂质组全面紊乱。尽管BPA比BPS具有更明显的脂代谢扰动作用，但BPS暴露下的脂质组重构模式与BPA相似。差异富集分析揭示了BPA/BPS暴露下心磷脂（CLs）、磷脂酰甘油（PGs）与溶血磷脂酰甘油（LPGs）的显著下调，确定了潜在暴露效应标志物CL(70:7)和PG(38:4)。稳定同位素标记辅助的“动态”脂质代谢分析表明，作为合成CLs的重要底物，PGs的葡萄糖来源在BPA/BPS暴露下受到显著抑制。从动态过程示踪角度，验证了所发现的关键代谢重编程。本研究所揭示的BPA/BPS暴露对脂肪细胞中线粒体心磷脂和磷脂酰甘油代谢、以及脂肪酸代谢的关键重构，涉及影响机体能量稳态和胰岛素有效性，与胰岛素抵抗风险的增加之间存在关联。.本项目对揭示暴露效应的潜在机制提供了新视角，BPS暴露是胰岛素抵抗相关代谢性疾病发展的潜在危险因素，应谨慎使用其替代BPA。