多溴联苯醌诱导蛋白氧化损伤和促进脂质积累加速动脉粥样硬化进程的机制研究

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多溴联苯醚(PBDEs)是一类典型的持久性有机污染物(POPs),常常作为溴化阻燃剂,应用于家具、纺织品、电子和塑料等领域。在高风险区的灰尘、水和空气中都能检测到它们的身影。由于PBDEs具有高亲脂性、半衰期长等特性,它们能够通过食物链富集到人体血液、组织和母乳中,从而对人类健康产生潜在毒性。进入人体后,PBDEs可以在肝P450酶系的作用下,代谢成羟基化物(OH-PBDEs),并在过氧化物酶的作用下进一步代谢为多溴联苯醌(PBDEQ)。PBDEQ因为具有亲电性,容易与生物体内的一些亲核试剂如DNA、蛋白质等发生迈克尔加成反应。同时,由于醌型结构在体内不稳定,能在半醌自由基的介入下形成氧化还原循环,此过程能产生丰富的活性氧(ROS)。据了解,PBDEQ在体内的毒性比它的母体更高。因此,全面探索PBDEQ暴露下的细胞效应,深入研究细胞如何应对这种毒性效应的抵抗机制,有利于全面理解PBDEs及其代谢物的毒性机制。第一部分:本章节旨在研究PBDEQ在人正常肝细胞(LO2)中诱导蛋白氧化损伤,以及激活泛素-蛋白酶体和自噬-溶酶体系统的抵抗机制。首先,我们根据PBDEQ的化学结构分析了它的理化性质,并且用CCK-8实验检测了它的细胞毒性,发现PBDEQ导致肝细胞的存活率随着剂量时间逐渐减少。接下来,我们考察了PBDEQ对蛋白质的毒性效应。实验结果显示,PBDEQ能减少细胞内还原性蛋白巯基(protein-SH)的含量,并且能导致羰基化蛋白的含量增加,这表明PBDEQ能诱导蛋白质结构发生氧化修饰。接着,通过PROTEOSTAT(?)aggresome探针检测到氧化修饰的蛋白以聚集体的形式存在于细胞中,这个结果在透射电镜下得到了证实。并且,在此过程中,可以观察到内质网和溶酶体等细胞器发生了结构变化,这进一步证实了PBDEQ能引起细胞开启防御机制。随后,通过Western blot实验检测GRP78,ATF4等与内质网应激相关蛋白的表达,结果显示PBDEQ的刺激下蛋白表达增加,说明PBDEQ能引起内质网应激。为了进一步探究内质网应激如何调节受损的蛋白,我们使用内质网激活剂Tm和抑制剂4-PBA进一步观察蛋白氧化损伤的程度。通过评估protein-SH的含量,羰基化程度和蛋白聚集小体数量变化这三个指标,发现激活剂Tm对蛋白损伤的调控影响不大,但抑制剂4-PBA能明显加重蛋白氧化损伤,这说明内质网应激在其中发挥保护作用,但能力有限。据报道,受损的蛋白质大部分被细胞内降解系统清除。这里,我们考察了蛋白酶体系统和自噬溶酶体这两种降解系统的作用,发现这两种降解系统都能被PBDEQ激活,并协同工作,参与受损蛋白的清除。当抑制了这两种降解系统则会加重PBDEQ的毒性。最后,实验发现PBDEQ诱导的蛋白损伤与氧化应激有关,当加入抗氧化剂,N-乙酰半胱氨酸(NAC),蛋白氧化损伤的程度得到缓解。第二部分:该部分旨在研究PBDEQ对动脉粥样硬化进展的影响,发现PBDEQ能通过CD36受体诱导J774A.1巨噬细胞产生脂质积累,激活NLRP3炎症小体和焦亡。首先,通过检测总胆固醇,游离胆固醇等各项指标,发现PBDEQ能促进细胞内脂质积累,并且通过油红O染色实验也观察到脂滴的形成。接着,通过蛋白和m RNA两个水平上检测到PBDEQ主要通过调节脂质摄取和排出受体来影响脂质积累的过程。这其中,清道夫受体CD36发挥主要作用。进一步研究发现PBDEQ能激活NLRP3炎症小体并诱导J774A.1细胞发生焦亡,这些结论被PI,LDH等实验证实。随后,我们发现使用小干扰RNA沉默CD36可以有效地减弱这些效应,说明脂质积累会影响NLRP3炎症小体和焦亡的过程。最后,我们通过到检测ROS的水平推测PBDEQ可能是通过产生大量ROS,促进脂质积累和激活NLPR3炎症和焦亡。综上所述,我们从两个部分阐述PBDEQ的毒性机制。第一部分主要阐述PBDEQ诱导蛋白氧化损伤的机制并探究了细胞对它的反应机制,这有利于扩展我们对PBDEQ的毒性效应的认识,并为其防治提供信息。第二部分更加侧重PBDEQ对健康与疾病的影响。主要关注于PBDEQ是否影响动脉粥样硬化的进程,发现PBDEQ能诱导J774A.1巨噬细胞发生脂质积累和激活焦亡,这为PBDEQ暴露与动脉粥样硬化之间的关系提供了新的证据。以上两部分丰富了PBDEQ的毒性机制。
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