污染物对鱼类的甲状腺激素干扰效应及其作用机制

环境中可以影响生物体甲状腺激素合成、运输、作用和代谢等过程的化学污染物称为甲状腺激素干扰物(TDCs),TDCs被认为是继环境雌激素之后最重要的一类内分泌干扰物.鱼类甲状腺的结构、甲状腺激素的转运和功能等与哺乳动物有较大差别.与哺乳动物相比,污染物干扰鱼类甲状腺激素的研究还较为缺乏.在介绍鱼类甲状腺结构、功能以及甲状腺激素在鱼体内动态过程的基础上,分析了污染物对鱼类的甲状腺激素干扰效应及其作用机制,探讨了今后鱼类甲状腺激素干扰研究的主要方向.污染物能对鱼类甲状腺激素水平、相关酶活性及甲状腺结构等产生直接影响;同时,污染物还可以通过干扰鱼类甲状腺系统对由甲状腺激素调节的重要生理过程如生长、繁殖和发育等产生间接影响.污染物主要通过干扰鱼类甲状腺激素的合成与分泌、转运、清除以及与甲状腺激素受体(TR)的相互作用等机制对鱼类产生不利影响.在污染物对鱼类甲状腺激素干扰的研究中,今后应重点关注环境中"新型"卤化有机污染物、鱼类早期发育过程与甲状腺激素干扰效应的关系、TR介导机制以及TDCs的筛选方法等.     

核受体超家族及其酵母双杂交检测技术

环境污染物的内分泌干扰问题近年来引起了极大的关注,大量研究证实:核受体是内分泌干扰的重要作用位点.论文在总结国内外相关研究基础上,对生物体内核受体超家族的组成、结构特征、作用模式进行了概括总结;对环境内分泌干扰物干扰核受体超家族最新研究进展给予了评述;对酵母双杂交检测技术的原理及其在核受体超家族和环境内分泌干扰效应研究中的应用进行了探讨,指出应将酵母双杂交检测技术与核受体超家族研究相结合,建立成组重组核受体基因双杂交酵母体系,应用于多种内分泌干扰效应和作用机制的系统研究.     

卤代有机污染物抑制甲状腺激素代谢酶活性的研究进展

甲状腺激素(thyroid hormones,THs)对生物体细胞的正常发育和分化至关重要,甲状腺激素失调可引起中枢神经系统、肺、心血管和其他器官的异常发育。研究表明,环境中的卤代有机污染物(halogenated organic contaminants,HOCs)及其代谢产物具有甲状腺激素干扰效应。抑制参与THs代谢的生物酶,例如磺基转移酶(sulfotransferases,SULTs)和脱碘酶(deiodinases,DIs),是HOCs及其代谢产物干扰THs正常功能的重要方式。本文重点综述了HOCs对不同甲状腺激素代谢酶的抑制效应的研究,讨论了环境计算化学和预测毒理学方法在该领域的重要应用,期望为HOCs干扰甲状腺激素酶代谢活性的深入研究提供借鉴与参考。     

基于AhR信号通路的抗雌激素效应及其机制研究进展

芳香烃受体(AhR)是一种配体依赖型转录因子,在生物体内发挥着重要的生理功能,并能够介导某些外源物质的毒性作用.已有研究表明AhR通路在调控雌性生物体生殖方面发挥着重要作用,无论AhR缺失还是AhR被过度激活均会损害雌性个体的生殖健康.近期有报道表明当AhR通路被激活后,会通过多种途径干扰生物体内源雌激素受体(ER)通路,这提示了一种外源物质发挥抗雌激素效应的新模式.本文通过归纳整理国内外相关研究,首先从AhR信号通路被激活后将会抑制雌激素(E2)合成和促进E2代谢两方面阐述了AhR激动剂降低雌性个体内源E2水平的作用途径,接着又从活化的AhR通路直接抑制雌激素效应基因的转录、与ER通路竞争共调控因子和促进ER降解3个角度总结了AhR激动剂拮抗ER功能的分子机制,以期为相关物质的抗雌激素机制研究提供借鉴与参考.     

全氟辛基磺酸及其替代产品的内分泌干扰效应评价

为研究全氟辛基磺酸(PFOS)及其替代品的内分泌干扰效应,将重组人雌激素/雄激素/孕激素/甲状腺激素/维甲酸受体基因的双杂交酵母暴露于不同浓度的PFOS及替代品中,并结合体外代谢活化技术检测直接和间接的类/抗激素活性。结果表明,被替代品PFOS表现为雄激素受体、甲状腺受体和维甲酸受体拮抗剂,且在代谢活化后新增了雌激素受体拮抗效应,其半数效应浓度(EC₅₀)在3.0×10^-4～4.8×10^-3 g·L^-1之间;同时,4种替代化学品没有任何效应检出,说明不会通过与核受体结合干扰天然激素的正常功能。研究结果说明,与原化学品相比,替代产品的应用在内分泌干扰效应方面可能具有更低的环境风险。     

十溴联苯醚（BDE-209）对成年大鼠甲状腺激素的影响

多溴联苯醚(PBDEs)是现代工业中广泛应用的溴系阻燃剂,PBDEs具有持久性有机卤素污染物(Organohalogen Contaminants,OHCs)和内分泌干扰物(Endocrine Disrupters,EDs)的化学物理特性.PBDEs的生物毒性也是国际上环境生态科学的关注热点.论文建立了十溴联苯醚(BDE-209)暴露剂量的成年大鼠模型,测定了不同暴露剂量的实验动物血清甲状腺激素(Thyroid hormones,THs)水平,初步研究了PBDEs污染物对生物体甲状腺激素的影响.BDE-209的量-效关系研究结果显示,TT4、FT4和TT3浓度均随着暴露剂量的提高而下降,这可能是BDE-209对甲状腺合成分泌T4、T3起到了抑制作用.不同BDE-209暴露剂量下,TT4~FT4以及TT4~TT3的正相关系数大于FT3~TT3以及FT3~FT4,这意味着BDE-209暴露对于T4从甲状腺激素转运结合蛋白(Transthyretin,TTR)的分离与脱碘过程影响不明显,而影响了结合态T3从TTR的分离过程以及FT4的脱碘过程,从而对甲状腺激素的平衡具有干扰效应.采用基准点分析法,研究了BDE-209对于甲状腺干扰相对效应的时间-效应关系,实验表明由于甲状腺的应激作用,对于毒物具有自我防御功能,BDE-209对甲状腺的干扰效应在5~8d后才有所显现,持续时间至少为14d.     

黄孢原毛平革菌酵母双杂交cDNA文库的构建及应用

作为研究木质素降解系统的模式微生物黄孢原毛平革菌,迄今还没有蛋白-蛋白相互作用方面的报道.本研究利用酵母双杂交技术构建了低氮培养基中培养2d和3d的酵母双杂交cDNA文库,分别得到2.5×105和3.0×105个重组子.以14-3-3蛋白为钓饵筛选3d cDNA文库,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp缺陷培养基平板上共获得了约600个单克隆,进一步分析发现,有30个克隆可激活3个报告基因.分离自这些克隆中的质粒DNA能转化大肠杆菌.利用HaeⅢ和Sau3AⅠ限制酶切分析可将它们分为4类.序列测定和同源分析结果表明,其中一类为14-3-3蛋白基因,提示14-3-3蛋白可形成二聚体,另外3类在GenBank没有明显同源的基因.通过SBASE网站预测,编号为Y2H333的克隆含有一个OB-fold核酸结合结构域(OB-fold nucleic acid binding domain).这些研究结果表明,所构建的黄孢原毛平革菌cDNA酵母杂交文库是成功的,14-3-3蛋白在黄孢原毛平革菌中能以蛋白-蛋白相互作用的形式发挥功能.图4表1参28     

内分泌干扰物与哺乳动物核受体的相互作用

内分泌干扰物(EDCs)作用于哺乳动物生殖轴或甲状腺轴,影响生长、发育、繁殖、免疫等生理过程并诱发疾病。核受体介导途径是EDCs发挥内分泌干扰作用的最重要方式。在介绍EDCs对哺乳动物的毒性效应与机制的基础上,详细归纳了EDCs与核受体的相互作用,并总结了这一研究领域适用的研究方法。发现采用理论计算模拟、表面等离子共振、荧光偏振、细胞增殖、报告基因等技术方法,目前已经明确了邻苯二甲酸酯类、双酚类、有机氯农药等EDCs能够竞争结合雌激素受体、雄激素受体和/或甲状腺激素受体,以此为作用靶点通过受体介导途径发挥内分泌干扰效应。基于目前的研究现状,我们认为未来的研究应更加注重EDCs与孕激素受体及维甲酸受体的相互作用、膜受体介导途径以及体内实验与体外实验的有机结合。     

多溴联苯醚和全氟烷基酸的分子毒理机制研究

多溴联苯醚(PBDEs)和全氟烷基酸(PFAAs)是两类使用量大、环境污染广泛、人体暴露严重的新型有机污染物,2009年已纳入《斯德哥尔摩公约》持久性有机污染物(POPs)名单,但其毒性效应及作用机制并不明确.本文综述了本课题组近几年针对多溴联苯醚PBDEs和全氟烷基酸PFAAs的分子毒理机制研究工作,主要集中在这两类污染物对甲状腺系统、雌激素系统和肝脏脂肪酸代谢系统干扰效应的分子机制研究.本文分别从分子、细胞和活体三个层面,研究了污染物与核受体的直接结合作用、结合后受体的构象变化、细胞内受体的转录活性、以及活体暴露后受体调控基因的表达变化,由此阐明了污染物通过与受体直接作用导致细胞和活体生物功能改变的分子机制.同时结合计算模拟,探讨了污染物生物效应与其化学结构之间的关系,发现污染物的受体活性取决于它们与受体结合的空间构型,而其活性强度基本与二者的结合能力一致,主要受疏水作用和氢键的影响.此外,还通过研究污染物与天然配体转运蛋白的相互作用,明确了各个污染物与转运蛋白的结合能力,探讨了其构效关系,并评估了污染物对天然配体在体内转运过程的潜在干扰效应.通过上述研究工作,提出了多层面、多靶点研究环境污染物分子毒理机制的新思路,建立和引进了研究污染物与生物靶分子相互作用的新方法,发现了PBDEs、PFAAs与TR、ER、PPARγ核受体结合的新模式,为深入了解这些污染物的分子毒理机制提供了有用的信息和有效的研究手段.     

酵母双杂交技术构建重组人雌激素受体基因酵母

应用酵母双杂交技术构建重组人雌激素受体基因酵母,用以检测类/抗雌激素化合物和环境样品的类/抗雌激素活性.采用多聚酶链反应(PCR)法扩增人雌激素受体(hER)基因,构建诱饵质粒pGBKT7-ER LBD;分别提取并纯化两种含有ER共激活因子基因的靶质粒pGAD424-GRIP1和pGAD424-SRC1;诱饵质粒和靶质粒同时转染酵母细胞Y187,于营养缺陷型培养基(SD/-Trp/-Leu)上筛选阳性菌落,分别构建两种ER双杂交酵母ER+GRIP1和ER+SRC1.考察双杂交酵母与不同激素:17β-雌二醇(E2)、二氢睾酮(DHT)、孕酮(PG)以及三碘甲状腺原氨酸(T3)的结合情况,并考察了雌激素受体拮抗剂4-羟基他莫昔芬(4-OHT)与酵母的相互作用.结果表明:ER+GRIP1和ER+SRC1酵母均能够专一性的和E2结合,并存在显著的剂量-效应关系,E2对ER+GRIP1和ER+SRC1酵母β-半乳糖苷酶活性诱导的EC50值分别为7.3×10-11mol·L-1和1.5×10-10mol·L-1,其中ER+GRIP1酵母细胞诱导产生的酶活性值明显高于ER+SRC1酵母细胞.4-OHT能够抑制E2诱导ER+GRIP1酵母细胞产生的酶活性,并存在显著的剂量-效应关系,IC50值为1.0×10-7mol·L-1.表明重组人雌激素受体基因酵母可以用于检测化合物和环境样品的类/抗雌激素活性.     

水源水雄激素受体干扰效应及在水处理工艺中的变化

我国很多饮用水源水已检测出雌激素受体干扰效应,但是其他效应如雄激素受体干扰效应却罕见报道。为了弥补这方面资料的缺乏,应用雄激素受体双杂交酵母结合S9代谢方法评价了我国6大流域23个水源地水源水以及3个供水厂不同工艺出水样品的雄激素受体干扰效应。结果显示,所有水源水样品浓缩液均没有检测出雄激素受体直接或间接诱导效应,但都观察到了抑制效应,抑制效应以抑制剂氟他胺当量浓度进行表征:直接抑制效应在0.67~3.68μg·L-1之间,间接抑制效应在0.52~3.02μg·L-1之间;长江三角洲和淮河流域水源地的水源水雄激素抑制效应明显高于其他流域;经S9代谢后,有16个水源地的氟他胺当量比代谢前降低。3个饮用水厂处理工艺能够使源水的雄激素受体抑制效应降低19.1%~70.5%。研究表明,我国水源水中普遍含有雄激素受体干扰效应物质,目前水厂常规处理工艺对雄激素受体干扰效应有一定的去除效果,但不能完全去除。雄激素受体双杂交酵母测试能够快速、综合地对水体中的雄激素受体干扰效应进行评价,是饮用水安全评价的重要补充手段。     

EEDs对鱼类性激素合成途径干扰作用研究进展

环境内分泌干扰物(environmental endocrine disruptors,EEDs)是一类可以改变生物体内激素的合成、释放、运输、代谢、结合、作用或清除等一系列生物过程的外源物质。性激素的生物合成需要一系列酶的参与,体内和体外研究表明,性激素合成途径中的类固醇生成酶是EEDs通过非性激素受体介导途径发挥内分泌扰乱作用的重要靶点,性激素合成途径的扰乱可能导致生物体生殖系统受损。本文综述了EEDs对鱼类性激素合成底物和类固醇生成酶的影响、信号转导机制及其生殖危害;并对性激素合成途径中促性腺激素调控机理、多种转录因子间的相互作用、不同物种间类固醇生成酶的差异以及各内分泌轴线的相互作用研究进行了展望,以期为EEDs通过非性激素受体介导途径发挥内分泌干扰效应的机制研究提供思路。     

利用报告基因试验检测饮用水源水的内分泌干扰活性（Endocrine-Disrupting Effects of Drinking Source Water with the Reporter Gene Assay）

基于非洲猴肾CV-1细胞受体转录激活试验,研究了饮用水源水内分泌干扰活性的检测方法,并测定了南方某城市某水厂水源水中有机提取物的拟雌激素活性和拟/抗甲状腺激素活性.结果表明,CV-1细胞受体转录激活试验是一种筛选和定量分析具有拟雌激素受体活性和拟/抗甲状腺受体活性的内分泌干扰物的快速、有效的方法.结合固相萃取等前处理技术,有效检测了南方某城市某水厂水源水弱极性和强极性有机提取物的内分泌干扰活性.此水源水弱极性组分和强极性组分,皆可以显著诱导雌激素活性,诱导倍数为对照组的6~7倍,且弱极性组分的拟雌激素活性要略强于极性组分.弱极性组分和强极性组分在不同浓缩倍数下皆不会显著诱导甲状腺激素活性,但当与5nmol·L-1T3共同作用于CV-1细胞时,弱极性组分在25~100倍浓缩时,会产生显著的拟甲状腺激素活性,且表现为与5nmol·L-1T3协同作用;在25~100倍浓缩的强极性组分暴露下,无显著的拮抗甲状腺激素活性,但当样品浓度上升至200倍浓缩暴露时,表现为显著拮抗甲状腺激素活性.对应的化学分析表明,该水厂水源水中含有有机氯农药类化合物及其代谢物(0.09~0.33ng·L-1)、多氯联苯类化合物(0.06~0.1ng·L-1)、多环芳烃类化合物(0.6~19.0ng·L-1)和辛基酚(49ng·L-1)等内分泌干扰物,很好地印证了样品内分泌干扰活性的来源.     

Impact of environmental pollutants on vertebrate thyroid systems

甲状腺激素在脊椎动物新陈代谢、生长发育与繁殖等生理过程中起着重要的调节作用.环境污染物种类和数量不断增加,其中有很多污染物具有环境内分泌干扰的作用.甲状腺对环境污染物具有极敏感的反应,污染物不仅会引起滤泡及滤泡细胞大小、滤泡细胞数量和滤泡腔中胶质含量的改变,影响到甲状腺激素合成、分泌、转运以及代谢中多种酶的表达和活性变化,还参与和甲状腺激素的竞争性结合,进而影响到机体中由甲状腺激素调节的各项生理功能,甚至会导致机体趋于死亡.由于两栖类幼体——蝌蚪的变态发育阶段直接受到甲状腺激素的调控,现已被确认为筛选和研究环境内分泌干扰物的首选生物检测指示动物.     

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。     

代谢活化作用对多溴代联苯类污染物类/抗甲状腺激素活性的影响

选用大鼠肝匀浆(S9)和鼠肝癌细胞(H4ⅡE)两种体系代谢活化多溴代联苯醚混标(BDEs)和十溴联苯醚(BDE209),采用重组甲状腺激素受体基因酵母检测BDEs和BDE209母体及其代谢产物的类/抗甲状腺激素效应.结果表明,BDEs和BDE209母体均不表现甲状腺激素效应(p>0.05);但是经S9和H4ⅡE细胞代谢活化后,其代谢产物表现出明显的类甲状腺激素活性和抗甲状腺激素活性(p<0.05),BDEs和BDE209的干扰甲状腺激素效应需要经过代谢活化步骤.比较不同代谢活化体系,重组酵母细胞本身的代谢活化作用并不显著,而H4ⅡE细胞和S9代谢活化体系均能够导致活性中间体.     

内分泌干扰物对核受体二聚化影响的研究进展

环境内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)可模仿或拮抗天然激素与核受体结合,干扰核受体的同源或异源二聚,进而通过共调节因子的招募调控转录活性,最终引起内分泌干扰效应.目前研究主要针对EDCs与核受体的结合过程,忽视了其对核受体二聚化过程的影响,而该过程的阻断可直接导致转录失活.EDCs对于不同核受体二聚化的影响不同,只有激动剂EDCs能够促进雄激素受体(androgen receptor,AR)的同源二聚化,而雌激素受体(estrogen receptor,ER)在与具有激动或拮抗活性的EDCs结合后都可诱导ER二聚体的形成,但二聚化类型不同.通过检索ToxCast和Tox21数据库发现多达227种EDCs可以诱导ER二聚化,相比于ERα-ERα同源二聚体(6.09％ ～7.38％的活性率),EDCs更易诱导ERα-ERβ异源二聚体(11.25％ ～12.22％的活性率)和ERβ-ERβ同源二聚体(10.02％ ～11.69％的活性率).EDCs也能够差异性诱导其他核受体如维生素D受体(vitamin D receptor,VDR)与维甲酸X受体(retinoid X receptor,RXR)形成的异源二聚体,不同类型的二聚体对于研究EDCs转录活性的生理学相关性具有重要意义.基于经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development,OECD)报告的参考化学品研究发现,相比于配受体结合活性,二聚活性与转录活性之间有着更好的相关关系.本文从EDCs介导的核受体二聚化转录机制、二聚化与转录活性间的关系以及二聚化研究方法三方面,总结EDCs对核受体二聚化的影响,以期为深入理解EDCs的分子作用机制,推进化合物的内分泌干扰风险评估提供参考.     

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.     

伸展摇蚊(Chironomus tentans)转录组测序及胰岛素信号通路关键基因序列分析

为了探索基于胰岛素信号通路的无脊椎动物内分泌干扰性基因标志物,以伸展摇蚊(Chironomus tentans)为模式生物,在转录组测序基础上识别胰岛素信号通路中的关键基因,并针对InR、Pdk、Akt、FoxO等上游基因进行了cDNA全长扩增和氨基酸序列的多物种比对。基于该研究获取的cDNA全长序列,伸展摇蚊InR、Pdk、Akt、FoxO基因可分别编码含1 436、522、520、470个氨基酸的蛋白序列,序列同源性比对、系统发育树分析结果验证了其进化保守性。伸展摇蚊Ⅰ～Ⅳ龄幼虫、蛹、雌性成虫、雄性成虫中基因相对表达量的实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测结果表明,InR、Pdk、Akt、FoxO在伸展摇蚊体内的表达趋势相似。Ⅰ龄和Ⅳ龄幼虫的基因表达峰值提示胰岛素信号在Ⅰ龄和Ⅳ龄幼虫中诱导了较快的生长发育速率;雌性成虫InR、Pdk、Akt、FoxO的表达显著高于雄性,这可能与胰岛素信号参与雌性生殖系统发育有关。     

高羊茅中一个DREB类转录因子基因的分离及鉴定分析

为了鉴定草坪草高羊茅(Festucaarundinacea Schreb.)中与低温、高盐和干旱胁迫相关的基因,我们构建了冷诱导(4℃)的高羊茅cDNA文库,并从这个文库中分离得到一个DREB类转录因子基因,FaDREB1A.序列分析表明,FaDREB1A具有一个717bp的开放阅读框和143bp的3’非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的EREBP/AP2结构域.酵母单杂交结果表明,FaDREB1A蛋白能在体外特异结合DRE元件,并具有转录激活功能.Southern杂交结果显示,FaDREB1A在高羊茅基因组中可能是单拷贝或低拷贝基因.Northern杂交结果发现,FaDREB1A基因受低温、高盐和干旱的诱导表达,对ABA没有反应,说明FaDREB1A基因在高羊茅植株对低温、高盐和干旱的应答反应中起重要作用.图5参30