有机磷阻燃剂对BEAS-2B细胞毒性效应及代谢影响

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目的有机磷阻燃剂(Organophosphate flame retardants,OPFRs)是近年来使用较多的阻燃剂,广泛应用于塑料、建材、纺织品、家具等各种工业生产中。OPFRs在各种环境介质中均被检出,如空气、灰尘、水、沉积物、土壤等。但其毒性效应和作用机制尚有许多未知。本课题选择中国室内灰尘中检出占比较多的3种OPFRs:磷酸三(2-正丁氧乙基)酯(Tris(2-butoxyethyl)phosphate,TBOEP)、磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯)(Tris(1,3-dichloro-2-propyl)phosphate,TDCIPP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(Tris(1-chloro-2-propyl)phosphate,TCIPP,探究其对永生化人支气管上皮细胞(Immortalized human bronchial epithelial cells,BEAS-2B)的单独和联合毒性效应、判定联合作用类型及研究其对细胞代谢的影响。方法1.CCK-8法(cell counting kit-8)检测细胞活力,探究三种OPFRs单独和混合作用时对BEAS-2B细胞的毒性效应。2.探究三种OPFRs的联合作用类型。以析因设计初步探讨三种OPFRs在每日估算吸入浓度水平和引起1%效应的95%置信区间下限(EC1L)浓度水平的联合作用类型。将三种OPFRs以单独作用时IC50之比为固定比例,随机组合成四种混合物,通过浓度加和模型(CA)和联合指数模型(CI)等方法,探究三种OPFRs在毒性效应浓度区间的联合作用类型。3.选择化学结构具有代表性、毒性和协同作用均较强的组合:烷基取代的TBOEP和氯基取代的TDCIPPP组成的二元混合物作为联合作用组,另设DMSO对照组和单独作用的TBOEP组、TDCIPP组作为比较组。基于液相色谱-质谱联用技术,对以上四种组别的的细胞内液进行非靶向代谢组学分析,探究烷基取代的OPFRs、氯基取代的OPFRs及其混合物对细胞代谢的影响。结果1.三种OPFRs的单独毒性效应。三种OPFRs单独作用于BEAS-2B细胞时,其毒性大小依次为TCIPP<TBOEP<TDCIPP,其IC50分别为:758.8、204.8、85.8μmol/L2.三种OPFRs的联合毒性效应。析因设计分析结果显示,TBOEP与TDCIPP、TBOEP与TCIPP在每日估算吸入剂量和EC1L的浓度水平下,协同效应具有统计学意义。CA分析结果显示,四种混合物在低浓度水平下实际毒性强于预测毒性,可能存在协同作用。CI分析结果显示,在低于IC50的浓度水平下,四种混合物CI值均<1,判定为协同作用,且协同作用随浓度水平的降低而增强。其中TBOEP和TDCIPP组成的二元混合物,协同作用最强。3.TBOEP、TDCIPP及二者的混合物作用于细胞的非靶向代谢组学分析。OPFRs作用下,细胞内液共识别出340个代谢物。以变量权重值(variable important in projection,VIP)>1,P值<0.05、最大变化倍数(|max fold change|,|FC|)>1.5的标准筛选差异代谢物,TBOEP单独作用下筛选出包括烟酰胺腺嘌呤二核苷、胆固醇、脱氧肌苷等29种差异代谢物。TDCIPP单独作用下筛选出包括谷胱甘肽、次黄嘌呤、脯氨酸等24种差异代谢物。二者的联合作用下筛选出包括精胺、甘油酸、烟酸等31种差异代谢物。TBOEP、TDCIPP,及二者的混合物,均导致BEAS-2B细胞的代谢特征发生改变。其共同变化的差异代谢物主要为:核苷酸代谢物、氨基酸代谢物、羧酸代谢物、过氧化脂质代谢物等11类。共同的差异代谢通路为:嘌呤代谢、嘧啶代谢、丙氨酸和天冬氨酸及谷氨酸代谢。联合组相比于单独组,筛选出更多的差异代谢物和差异代谢通路。结论OPFRs对BEAS-2B细胞具有明显毒性作用。三种OPFRs的联合作用方式在低浓度范围内表现为协同作用。其中,TBOEP和TDCIPP的协同作用最强。TBOEP和TDCIPP单独和联合干预细胞后,都影响了细胞的嘌呤代谢、嘧啶代谢、氨基酸代谢等。并且,联合作用比单独作用导致更多的代谢紊乱。这些代谢异常涉及遗传物质合成、蛋白质合成、信号传导、氧化应激、能量转换等多种细胞功能。异常的代谢物和代谢通路可能是OPFRs发挥毒性作用的关键分子事件,可为OPFRs毒性机制研究提供线索和依据。
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