新型BPA类似物的抗雌激素效应及作用机制

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随着双酚A(bisphenol A,BPA)的限用,BPA类似物的开发、使用和环境释放增加,已在多种人体样本中检出。毒理学研究及流行病学调查均提示BPA类似物是潜在的危害人体生殖健康的环境污染物。双酚FL(bisphenol FL,BPFL)、双酚M(bisphenol M,BPM)和双酚P(bisphenol P,BPP)作为新型BPA类似物,目前已经在各种环境样品中被检出,但对其的毒理学研究,尤其是在活体动物模型中的生殖毒性研究仍非常有限。本文以斑马鱼幼鱼为模式生物,利用毒性测试、荧光定量PCR结合分子动力学模拟技术,评估了BPM、BPFL和BPP对斑马鱼胚胎的96 h急性毒性和生殖毒性效应,揭示其产生生殖毒性的致毒机制。首先,研究了三种新型BPA类似物暴露对斑马鱼胚胎的急性毒性。在斑马鱼胚胎发育的4-96 hpf(hours post fertilization)期间,将其暴露于不同浓度的BPM、BPFL和BPP中(传统化合物BPA作对比)。结果表明BPM和BPFL对斑马鱼胚胎的96h-LC50值分别为3.46μM和5.60μM,均显著低于BPA的54.8μM。BPP的急性毒性最弱,在低浓度(<5.00μM)下对胚胎无明显毒害作用,与其亲水性和水溶性较低有关。研究结果表明新型BPA类似物的急性毒性强弱为:BPM>BPFL>>BPA>BPP。其次,研究了三种新型BPA类似物对斑马鱼胚胎的抗雌激素活性。采用三种新型BPA类似物的单独暴露及其与雌二醇(E2)复合暴露斑马鱼胚胎,以雌激素与ER结合后的下游调控基因cyp19b、esr1、esr2a、esr2b、gper和vtg1转录水平的变化为指标,考查BPA类似物的抗雌激素效应。结果表明,BPM、BPFL和BPP在最低浓度(10.0 n M)单独暴露斑马鱼胚胎时,esr1转录水平便受到显著抑制。而50.0 n M E2与BPM、BPFL和BPP在最低浓度(10.0 n M)的复合暴露下,cyp19b、esr1、esr2a、esr2b和vtg1转录水平与E2单独暴露的对照组相比均受到抑制。这些结果表明BPM、BPFL和BPP具有抗雌激素效应。以己烯雌酚(DES)作为第二阳性对照化合物,利用BPM与50.0 n M DES复合暴露斑马鱼胚胎的研究验证了vtg1与esr1的表达具有一致性,也证实了新型BPA类似物抗雌激素效应的产生与zf ERα更具关联性。最后,模拟了三种新型BPA类似物与斑马鱼雌激素受体(zf ERα)结合的分子基础。以4-羟基三苯氧胺(OHT)为典型的抗雌激素活性配体作为阳性对照,采用分子对接、分子动力学模拟以及结合自由能计算,在分子-原子水平上探索了BPM、BPFL和BPP与zf ERα-LBD相互作用产生毒性的机制。结果表明,BPFL与OHT类似,与zf ERα-LBD结合时可在极短的时间内维持住稳定构象,BPM和BPP的分子结构柔性较大,可通过诱导zf ERα-LBD的结构发生构象调整以适应结合;三种新型BPA类似物与E2的拮抗剂OHT类似,均具有与zf ERα-LBD中H12结合的能力,通过与E2竞争性结合LBD的内源性配体结合口袋,诱导H12的构型发生改变,最终导致共激活因子与LBD表面结合受阻,从而阻塞下游信号通路。此外,配体与zf ERα-LBD的结合亲和力主要由其与非极性残基(Met311、Leu314、Ala318、Leu352、Leu355、Phe372、Leu392、Leu493和Met496)间的范德华相互作用,以及与关键残基(Thr315、Glu321、Glu387和Met496)形成的氢键提供,其中zf ERα-LBD中的Thr315和Glu321是识别环境雌激素或抗雌激素的关键氨基酸。综上所述,对新型BPA类似物BPM、BPFL和BPP的活体毒性研究表明,BPM和BPFL的急性毒性远高于BPA,且三种类似物均有显著的抗雌激素效应。分子动力学模拟结果表明,BPM、BPFL和BPP产生抗雌激素效应的分子机制与OHT类似,通过与E2竞争性结合zf ERα-LBD诱导H12产生拮抗构型,从而阻塞下游信号通路。本研究结果从毒性效应和致毒机制上阐述了BPM、BPFL和BPP诱导的生殖毒性危害,为BPA类似物的生殖毒性评估和健康风险评估提供了一定的科学依据。
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