环境雌激素生物效应的作用机制研究进展

环境雌激素(environmental estrogens,EEs)种类繁多,来源多样且分布广泛,大量工业添加剂、食品添加剂和农药类物质已被证实具有雌激素活性。EEs对人体生殖、神经、免疫等系统的生物毒性已经引起了公众的普遍关注。近年来的研究表明,EEs不仅结合雌激素核受体(nuclear estrogen receptor,n ER),还可以活化雌激素膜受体(membrane estrogen receptor,m ER),干扰正常的雌激素信号通路。本文总结了EEs通过n ER、m ER介导的多种雌激素基因组和非基因组信号途径及其产生的生物学效应,综述了在其毒理学作用机理基础上发展的环境样品的雌激素活性评估和EEs混合物的联合作用研究,以期为该类污染物的筛查、风险评估和进一步的机制研究提供参考。     

G蛋白偶联雌激素受体1介导的环境雌激素效应研究进展

环境雌激素进入生物体后,可通过多种方式介导发挥类似内源雌激素的作用,干扰生物体的正常功能,进而对生物体产生毒害作用。其中,基因组方式介导的雌激素效应主要通过与细胞核内的雌激素受体(如ERα和ERβ)结合;而非基因组方式介导的雌激素效应则主要通过与膜雌激素受体结合从而发挥作用。近年来对G蛋白偶联雌激素受体1(GPER1)的研究表明,该受体是区别于雌激素核受体的膜雌激素受体,可单独介导雌激素诱发的非基因组方式雌激素效应,然而目前对其介导的雌激素效应机制研究并不完善。综上,本文结合近年来对GPER1的研究进展,从该受体的发现、特性以及其介导的雌激素效应和相关通路进行了综述。     

细胞膜结合的雌激素受体的特异性标记

细胞膜结合的雌激素受体(Cell membrane-bound estrogen receptor,cmER)介导了雌激素的非基因组作用,参与了乳腺癌等诸多疾病的发生,但是作用机制研究受限于能够有效区分cmER和细胞质内ER(Estrogen receptor)的标记手段.为了实现cmER的特异性标记,首先在体外分别表达含有A1、S6和ybbR三个不同短肽的谷胱甘肽S转移酶融合蛋白,比较磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(Phosphopantetheinyl transferase,PPTase)-AcpS和Sfp对其的识别选择性.选取识别效率较高和特异性较好的A1短肽,将其构建到雌激素受体ERα的C端(ERα-A1),结果表明该偶联并不影响ERα的蛋白质表达及其在雌激素作用下的转录.进一步研究表明,来源于大肠杆菌的PPTase-AcpS可以以辅酶A-生物素(Coenzyme A-biotin)为底物,将生物素特异性标记到ERα-A1.这些结果为进一步研究雌激素及cmER介导的非基因组调控机制提供了新的方法.     

酵母双杂交技术构建稀有鮈鲫不同雌激素受体亚型的重组荧光酵母

目前关于环境雌激素(environmental estrogens,EEs)的效应评估大多数是基于人的雌激素受体(estrogen receptor,ER)的离体检测,缺乏EEs对鱼类ER影响的研究。本研究利用酵母双杂交技术构建模式生物稀有鮈鲫不同ER亚型重组荧光双杂交酵母,用以快速检测EEs的雌激素活性并研究不同ER亚型对17β-雌二醇(E_2)敏感度的差异。采用反转录多聚酶链反应法获取稀有鮈鲫ERα、ERβ1和ERβ2的配体结合域(LBD)序列,构建并鉴别诱饵质粒pGBKT7-ERα-LBD、p GBKT7-ERβ1-LBD和pGBKT7-ERβ2-LBD。将诱饵质粒和猎物质粒pGAD424-GRIP1同时转化荧光酵母Y187-Luc,分别构建3株稀有鮈鲫ERα-GRIP1、ERβ1-GRIP1和ERβ2-GRIP1重组荧光双杂交酵母,并考察了E_2、双氢睾酮(DHT)、9-顺维甲酸(9-cis RA)、三碘甲状腺原氨酸(T_3)和孕酮(PG)对荧光素酶的诱导情况。结果显示:ERα-GRIP1、ERβ1-GRIP1和ERβ2-GRIP1重组荧光双杂交酵母能够专一性地被E_2诱导产生荧光素酶,并存在显著的剂量-效应关系,半数效应浓度(EC_(50))值分别为1.98×10~(-9)、1.77×10~(-10)、和3.52×10~(-10)mol·L~(-1),对E_2的敏感程度排序为:ERβ1-GRIP1>ERβ2-GRIP1>ERα-GRIP1。研究表明,稀有鮈鲫不同ER亚型对E_2的响应具有差异,3株重组荧光双杂交酵母不仅可以应用于快速识别内分泌干扰物中的类雌激素物质,分析稀有鮈鲫不同ER亚型对EEs的敏感性,解析雌激素污染物对稀有鮈鲫的作用机制,评估鱼类接触EEs的潜在风险,以期为水质保障和污染治理提供重要依据。     

多溴二苯醚类化合物干扰人雌激素受体alpha活性机理的理论研究

基于分子对接方法探讨了多溴二苯醚(PBDEs)类化合物与人雌激素受体α亚型间的分子作用机理.对多溴二苯醚类化合物是否具有拟雌激素功能的研究得出:可通过对接打分值和化合物结构特征来推测PBDEs母体化合物是否具有拟雌激素活性;对HO-PBDEs,与氨基酸残基GLU53和/或ARG394形成氢键可能是影响其拟雌激素活性的重要因素;对MeO-PBDEs,疏水MeO-位于结合腔的疏水中部有利于拟雌激素活性.从结构及构象分析得出,邻位疏水基(Br-、MeO-)有利于PBDEs类化合物的拟雌激素活性.同时对多溴二苯醚类化合物是否具有抗雌激素功能的结合特征研究发现,表现出抗雌激素活性的部分PBDEs类化合物伸进通常被雌激素受体拮抗剂雷洛昔芬和4-羟基它莫西芬的烷基胺侧链占据的通道,而大多数未表现出抗雌激素活性的PBDEs类化合物的结合模式类似雌激素受体激动剂17β-雌二醇,位于结合腔,没有伸进通道.本研究从化合物结构及化合物在受体内结合的构象特征上解释化合物活性不同的原因,以期能够利用构象分析得到的结果进行筛选.     

构建有机化合物斑马鱼雌激素干扰效应的二元分类模型

计算毒理学方法已成为辅助内分泌干扰物(EDCs)管理的决策支持工具。因此,发展内分泌干扰效应指标的(定量)结构活性关系((Q) SAR)等预测模型对于实现EDCs环境管理具有重要的意义。在雌激素受体(Q) SAR模型研究方面,目前主要针对人、牛、大鼠和小鼠等物种的雌激素受体干扰效应进行了研究,而对鱼等水生生物雌激素受体干扰效应等指标的(Q)SAR模型研究还较少。本研究采用基于欧几里德距离的K最近邻(k NN)分类算法,构建了斑马鱼雌激素受体干扰效应的二元分类模型。结果表明,2个最优模型训练集和验证集的预测准确度(Q)、敏感性(Sn)和特异性(Sp)参数均大于0.93,说明模型具有较好的预测能力。因此,能够用所建模型填补模型应用域内其他化合物缺失的斑马鱼雌激素受体干扰效应定性数据。     

基于对接的植物激素3D-QSAR和分子动力学模拟

采用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究植物雌激素类化合物与雌激素受体的相互作用机制,对接结果表明,雌激素受体活性位点的疏水和氢键作用是影响植物雌激素化合物活性的主要原因,植物雌激素类化合物主要与氨基酸残基GLU353、ARG394、HIS524和LEU525之间形成氢键.然后以对接后的分子构象进行分子结构叠合,结合比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)方法建立了3D-QSAR模型.CoMFA模型的交叉验证相关系数(Q2)和非交叉验证相关系数(R2)值分别为0.676和0.994,标准估计误差SEE和F统计量分别为0.143和342.115;CoMSIA模型的Q2=0.565,R2=0.972,SEE=0.286和F=111.480.结果表明,CoMFA和CoMSIA模型具有良好的稳定性和预测能力,可为植物雌激素的雌激素效应研究提供有力的支持.采用MD模拟研究了小分子和受体蛋白的动力学情况,为对接结果的合理性提供了验证.     

受体功能区结构与环境内分泌干扰效应生物差异的关系

环境中存在的多种内分泌干扰物能够与生物体内的天然激素受体选择性结合并产生多种生物效应,由于受体功能区三维结构的不同,其内分泌干扰活性存在着种间、种内、组织间等的种种差异,限制了不同物种间毒性效应的外推研究,增加了环境内分泌干扰物筛选和风险评价的难度.论文综述了基于受体介导的环境内分泌干扰物生物活性与相应受体选择性及受体功能区结构关系的研究进展,并利用分子模拟方法分析探讨了雌激素受体与部分化合物结合作用模式,讨论了目前存在的问题,对以后有关方面的研究提出了建议.     

基于膜雌激素受体(GPER)结合化合物能力的分类预测模型

近年来,计算毒理学的方法被广泛应用于潜在的环境内分泌干扰物(EDCs)的筛选.膜雌激素受体(GPER),作为一种可以快速响应内源性配体雌激素的关键靶蛋白,调控其介导的多项生理学功能.但是针对GPER的化合物毒性预测模型仍未见报道.因此,本研究收集了130个化合物对GPER的结合活性数据,主要包括双酚类、多溴联苯类以及农...     

雌激素受体在环境雌激素评估中的研究进展（Review on Estrogen Receptor to Estimate Environmental Estrogen）

水环境是环境雌激素最大的储存库,环境雌激素可通过水体传递,对水生动物产生严重危害.雌激素的生理功能通过雌激素受体(ER)介导.ER是一种配体依赖性转录因子,通过雌激素应答元件调节靶基因的转录.大量研究证实,在环境雌激素类化合物污染的评价中,ER可作为检测环境雌激素效应的生物标记物之一.但不同亚型的ER具有组织特异性且对配体的结合存在差异,因此在环境雌激素效应的检测中,应注意化学污染物的类型以及受检动物的物种及组织的特异性.检测ER的方法包括ER蛋白直接定量检测和ERmRNA定量分析,检测技术的选择要依据实验设计而定.论文对环境雌激素效应检测中ER的研究进展进行了综述,为环境雌激素污染检测工作提供了理论依据和基本方法.     

多氯联苯羟基化代谢物及其雌激素效应研究进展

多氯联苯作为一种环境内分泌干扰物,具有一定的雌激素干扰效应,导致动物雌激素水平紊乱或功能异常,从而影响生殖、发育或行为。羟基多氯联苯是多氯联苯最主要的活性代谢产物,已经在动物和人体组织中被检出。羟基多氯联苯的化学性质和分子空间构象使其雌激素干扰效应可能较母体化合物更强。因此,它们对人类和动物机体的潜在影响以及由此带来的新的毒理学问题成为内分泌干扰研究领域的热点之一,相关的毒性作用机制需要进一步探索。本文对多氯联苯的代谢途径、羟基多氯联苯在生物体内的暴露水平、雌激素干扰效应及作用机制进行综述。     

长江(南京段)环境雌激素的污染特征

利用固相萃取技术和重组基因酵母检测了长江(南京段)四个典型断面环境雌激素污染状况.结果表明,除秦淮新河断面外,江心洲断面、三汊河断面和大桥断面均有环境雌激素的检出,雌二醇当量分别为0.38、0.24和0.45 ng·L~(-1).与国内外地表水环境雌激素检测结果相比,长江(南京段)典型断面雌激素活性水平为较低至中等.对江心洲断面和大桥断面,甲醇洗脱组分的雌激素活性最大,其次为丙酮洗脱组分,二氯甲烷洗脱组分的雌激素活性最小;对三汊河断面,丙酮洗脱组分的雌激素活性最大,其次为二氯甲烷洗脱组分,甲醇洗脱组分的雌激素活性最小.这可能是污水来源不同所致,生活污水导致大量极性雌激素污染物的输入,而工业污水则主要引入了中等至弱极性雌激素污染物.三个雌激素活性阳性检出断面主要活性洗脱组分的雌激素活性均大于混合样的雌激素活性,这可能是由于样品混合后各种结构上不同的污染物之间的交互作用掩盖了实际的雌激素活性.     

长江中下游环境激素效应的污染特征及生态风险

生活污水和养殖废水排放导致受纳水环境中激素类物质的污染,对水生生物产生不利影响。分别利用嵌入雌激素受体和雄激素受体的基因重组酵母菌测定了长江中下游流域不同时期水体和沉积物中4种环境激素效应,即雌激素效应、抗雌激素效应、雄激素效应和抗雄激素效应。结果表明,雌激素效应污染最为普遍,在地表水和沉积物中检出率均超过50%,水体和沉积物的最高浓度分别为2.05 ng·L~(-1)雌二醇当量(EEQ)和0.43 ng EEQ·g~(-1)。其他3种激素效应在水体和沉积物介质中的检出率均低于雌激素效应,按总体检出率来看:抗雄激素效应雄激素效应抗雌激素效应,3种激素效应在水体中最大检出浓度分别为144μg·L~(-1)氟他胺当量(FEQ)、37.9 ng·L~(-1)二氢睾酮当量(DEQ)和103μg·L~(-1)他莫西芬当量(TEQ),在沉积物中分别为53.6μg FEQ·g~(-1)、12.0 ng DEQ·g-1和51.5μg TEQ·g~(-1)。环境激素效应的浓度分布在水体中均呈现季节性的差异,雌激素效应的区域性高值位于武汉段、鄱阳湖口和芜湖-南京段,其他3种激素效应没有明显的高污染区域。环境激素效应与当地人口数量、有机质、氨氮等呈现一定相关性,表明环境激素效应与人类活动排放密切相关。雌激素效应仅在鄱阳湖口点位具有高风险,其他区域为中等风险,雄激素效应无高风险区域。研究结果有助于认识长江中下游区域的环境激素效应污染态势,为相关污染控制提供基础数据。     

Pathway of 17��-estradiol degradation by Nitrosomonas europaea and reduction in 17��-estradiol-derived estrogenic activity

In recent years, natural and synthetic estrogens have been recognized as endocrine disruptors in aquatic organisms. Although natural and synthetic estrogens are known to be degraded by microbes, only limited information about their degradation pathways is available. Here, we studied the degradation pathways of a natural estrogen, 17β-estradiol, by the nitrifying microorganism Nitrosomonas europaea, and we determined whether the degradation products of 17β-estradiol had estrogenic activity. To identify the degradation products, we subjected the culture solution to solid-phase extraction, and the extract was analyzed by gas chromatography–mass spectrometry. The potential estrogenic activity of the degradation products was investigated by means of a yeast two-hybrid assay. 1,3,5(10),16-Estratetraen-3-ol (estratetraenol) was newly identified as a degradation intermediate produced by dehydration of 17β-estradiol. Estratetraenol was also degraded by N. europaea, and its degradation rate was faster than that of 17β-estradiol. The two-hybrid assay confirmed that estratetraenol acted as a ligand for the estrogen receptor; estratetraenol thus has potential estrogenic activity. N. europaea eliminated the estrogenic activity derived from 17β-estradiol. This paper is the first to report dehydration as a mechanism of microbial estrogen degradation.     

基于ELISA的受体竞争结合法检测环境雌激素(Competitive Estrogen Receptor Binding Based ELISA for Detection of Estrogen in Environment)

为建立环境雌激素的体外快速筛选方法,采用免疫测定介导受体竞争结合试验定量检测环境雌激素.将17β-雌二醇-BSA固定在微孔板上,环境雌激素与微孔板上的17β-雌二醇-BSA竞争性地与雌激素受体结合,与微孔板上17β-雌二醇-BSA结合的受体与雌激素受体的抗体、雌激素受体抗体的二抗形成一个三明治形式的复合物,通过显色剂显色,最后用比色法对试验结果进行定量.结果表明,环境雌激素的浓度与溶液吸光度值成负相关.定量研究可以得到环境雌激素剂量-效应关系曲线,在一定浓度范围内(10ng·L-1～100μg·L-1),溶液的吸光度值与环境雌激素的浓度直接呈现良好的线性关系(R2=0.9583).利用这种方法能检测到的标准品雌二醇的最低浓度为10ng·L-1.以上结果表明,本方法检测环境雌激素操作简便,具有广泛的应用前景.     

In vitro agonistic and antagonistic endocrine disrupting effects of organic extracts from waste water of different treatment processes

Effluents from wastewater treatment plant （WWTP） have been reported to have a broad spectrum of endocrine disrupting compounds （EDCs）. The majority of studies have focused on the occurrence of estrogenic activity, while ignoring nuclear hormone receptors （NRs） pathways. In the present study, a battery of in vitro yeast bioassays and a cell bioassay, including antagonistic and agonistic effects on estrogen receptor （ER）, androgen receptor （AR）, progesterone receptor （PR）, estrogen- related receptor （ERR） and aryl hydrocarbon receptor （AHR）, were conducted to evaluate the removal efficien- cies of EDCs by different treatment processes of a WWTP located in Beijing. Estrogenic, anti-estrogenic, anti- androgenic, anti-progesteronic, anti-ERR and the activa- tion of AHR activities were detected in samples from all treatment processes and the receiving water. The concen- tration of estrogenic contaminants with estradiol （E2） equivalent concentrations ranged from 0.82 x 10-9 to 3.54 x 10 9g Ee_EQ.L-1. The concentration of anti-estrogenic contaminants with 4-hydroxytamoxifen （4-OHT） equiva- lent concentrations ranged from 1.24 × 10-6 to 2.36 x 10-6 g 4-OHT-EQ.L-1. The concentration of anti-androgenic contaminants ranged from 2.21 x 10-s to 3.52 × 10-6g flutamide-EQ. L-1. The concentration of anti-progesteronic contaminants ranged from 3.15 x 10^-5 to 2.71 x 10^-4g RU486-EQ. L-1. The concentration of anti-ERR contami- nants ranged from 7.09 x 10-5 to 6.50 x 104 g 4-OHT-EQ × L^-10. The concentration of AHR activators ranged from 1.7 × 10-10 to 3.4 × 10^-10g TCDD-EQ-L-1. These processes including secondary clarifier, coagulation, as well as coal and sand filtration could eliminated 67.2% of estrogenic contaminants, 47.0% of anti-estrogenic contaminants, 98.3% of anti-androgenic contaminants, 88.4% of anti- progesteronic contaminants, 65.4% of anti-ERR contami- nants and 46.9% of AHR activators. WWTP effluents contain multiple receptor disruptors may have very complex adverse effects on exposed organisms.     

Assessment of estrogenic chemicals using an estrogen receptor α (ERα)- and ERβ-mediated reporter gene assay in fish

In vitro reporter gene assays using vertebrate cell lines or yeast have been used for assessment of the estrogenic chemicals. However, estrogen receptor α (ERα)- and ERβ-mediated reporter gene system in fish has yet to be developed. In the present study, we developed an ERα- and ERβ-mediated reporter gene assay in fish and estimated estrogenic activities of 17β-estradiol (E2), p-nonylphenol (NP), bisphenol A (BPA), p,p′-DDE, and genistein (Gen) using the in vitro reporter assay. The activity was intensely induced by transfection with either ERα or ERβ expression plasmid under E2 or Gen administration, whereas it was significantly induced by transfection with ERα expression plasmid, but not with ERβ expression plasmid under NP administration. On the other hand, the activity was induced more intensely by transfection with ERα expression plasmid than ERβ expression plasmid under BPA or p,p′-DDE administration. These results indicate that there are obvious differences in the activity through ERα and ERβ among the estrogenic chemicals examined in vitro. Thus, the in vitro reporter assay provides an excellent system for elucidating the action mechanism of estrogenic chemicals in fishes. Physical and Chemical Impacts on Marine Organisms, a Bilateral Seminar Italy–Japan held in November 2004     

In vitro evaluation of atmospheric particulate matter and sedimentation particles using yeast bioassay system.

Little information on the evaluation of airborne particulate matter (APM) and sedimentation particles from subway stations is available. The thermal metamorphism of train wheels generating toxic particles in subway stations is a possibility. In this study, the toxicity and physiological effects of particles from subway stations were evaluated using a yeast bioassay system. Estrogenic and antiestrogenic activities of APM in APM extracts from subway stations were determined. No estrogenic activity was found in the APM fractions and their S9-activated APM samples. Sedimentation dust samples also showed no estrogen activity. In contrast, extracts from sedimentation dust samples showed antiestrogen activity. Marked yeast toxicity was observed in the samples extracted from sedimentation dust. Potent yeast toxicity was also found in the S9-activated extracts from sedimentation dust. The results suggest that sedimentation dust from a semiclosed area of a subway system has antiestrogen activity, although both the origin and generation system of this activity are uncertain. These pollutants in sedimentation dust may change to a more toxic form in vivo by S9 activation.     

煤矿区生态累积效应评价研究进展

煤炭开采活动的特点决定了其对矿区生态环境的影响具有明显的累积效应。在梳理生态累积效应概念和特征的基础上,结合煤矿区各类活动的特点综述了煤矿区生态累积效应的影响源、途径、效应及类型,并评述了目前国内外有关煤矿区生态累积效应的相关研究。目前针对煤矿区生态累积效应的研究仍十分有限,评价方法也尚不成熟。关于煤矿区的生态累积效应研究主要集中在效应评价方面,有关生态累积效应的发生机理、指标体系构建、评价方法学、管理规划及应对机制,是未来应加强的重点研究领域。