8:2多氟烷基磷酸二酯(8:2 diPAP)在菲律宾蛤仔体内的代谢机制研究

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全氟和多氟烷基物质(Per-and polyfluorinated substances,PFAS)因其强稳定性和独特的疏水疏油特性被广泛用于工业和日常消费品的制造业。但因其多毒性、持久性、远距离迁移性和生物富集性等负面效应,使得PFAS的生产和使用已受到不断限制。近年来,越来越多的PFAS替代品投入应用,8:2多氟烷基磷酸二酯(8:2 polyfluoroalkyl phosphoric diesters,8:2 di PAP)是最常检测到的替代品之一。研究表明,8:2 di PAP在海洋双壳贝类中蓄积潜力很大,并可在体内转化生成半衰期更长、毒性更大的全氟烷基羧酸化合物(Perfluoroalkyl carboxylic acids,PFCAs),是PFCAs的重要前驱物。目前,关于8:2 di PAP在双壳贝类体内的转化行为和代谢响应机制尚不清楚。因此,本研究以PFCAs残留风险最为严峻的菲律宾蛤仔为研究对象,采用室内暴露手段,探讨了前驱物8:2 di PAP的生物富集、代谢转化与生理应激响应,同时综合利用代谢组学和转录组学技术,探索了8:2di PAP在菲律宾蛤仔体内的代谢应答机制。(1)为探明8:2 di PAP在菲律宾蛤仔体内的富集、代谢转化行为与生理应激响应,研究了8:2 di PAP及其代谢产物在不同组织中的含量及对靶器官的毒性效应。结果表明,8:2 di PAP可在菲律宾蛤仔体内转化生成7:3氟调聚羧酸(7:3fluorotelomer carboxylic acid,7:3 FTCA)、全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid,PFOA)、全氟壬酸(Perfluorononanoic acid,PFNA)、全氟庚酸(Perfluoroheptanoic acid,PFHp A)和全氟己酸(Perfluorohexanoic acid,PFHx A)5种代谢产物,生物转化率为3.54 mol%。肝胰腺中8:2 di PAP和代谢产物含量最高,是8:2 di PAP进行富集和代谢转化的靶器官,且8:2 di PAP倾向于随粪便排出。抗氧化酶体系中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)在整个实验阶段受到显著抑制;过氧化氢酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GSH-Px)活性显示出相似的变化趋势:在暴露阶段显著应激,在代谢7天后基本恢复到暴露前水平;谷胱甘肽-S-转移酶(Glutathione S-transferase,GST)活性仅在代谢阶段显著应激;脂质过氧化生物标志物丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量在整个实验阶段显著升高;肝胰腺病理切片也出现了一定的病理性损伤。(2)采用非靶向代谢组学技术,分析了菲律宾蛤仔肝胰腺中8:2 di PAP代谢转化的关键代谢通路。结果表明,8:2 di PAP胁迫后菲律宾蛤仔肝胰腺的差异代谢物主要富集于胆碱能突触、乙醛酸和二羧酸代谢、嘌呤代谢、氨基酸代谢等代谢通路。进一步筛选得到5’-AMP、甘油-3-磷酸、α-酮戊二酸、胆碱、天冬氨酸和蛋氨酸6个显著性差异代谢物。从差异代谢物和富集到的代谢通路可以看出,8:2di PAP胁迫菲律宾蛤仔可导致应激反应和能量调节紊乱,其中应激反应主要表现为氧化应激。(3)采用转录组学技术,分析了菲律宾蛤仔肝胰腺中8:2 di PAP代谢转化的基因表达变化。结果表明,共筛选出4503个差异表达基因,大量差异表达基因富集于内分泌系统、消化系统和免疫系统中,主要与能量调控、细胞凋亡以及应激反应相关。对所有差异表达基因进行趋势分析,获得4种显著富集的基因表达模式,其中波动下调和持续下调趋势最为显著。两趋势的差异表达基因主要影响了细胞凋亡、吞噬体、丙酮酸代谢以及氨基酸代谢等通路。因此,8:2 di PAP胁迫下,菲律宾蛤仔主要通过免疫应激和能量代谢调节方式,启动机体的程序性细胞死亡,从而发挥生物学功能。(4)基于转录组学和代谢组学数据构建预测模型,揭示8:2 di PAP在菲律宾蛤仔体内的代谢响应机制。8:2 di PAP胁迫主要影响了菲律宾蛤仔肝胰腺中能量代谢、渗透调节和应激反应相关基因及代谢物,体现在AMPK和PI3K-Akt信号通路、丙酮酸代谢以及氨基酸代谢上。另外,本研究还富集到谷胱甘肽代谢中关键酶GST。
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