中国海洋大学汝少国团队EST|一个潜在的神经毒性机制:双酚s通过抑制葡萄糖转运蛋白1导致斑马鱼大脑出现ATP兴奋毒性

政务   2024-09-02 09:00   湖北  

文章信息

第一作者:王惟薇 副教授,李泽 博士后

通讯作者:汝少国 教授

通讯单位:中国海洋大学

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c03870

亮点

• 发现双酚S通过抑制葡萄糖转运蛋白1导致斑马鱼脑利用酮体生成过量的ATP而非合成脑内脂质。

• 明确了ATP作为神经递质激活了嘌呤2X受体信号途径而抑制了嘌呤2Y受体介导的磷脂酰肌醇信号。
• 证实嘌呤2X7受体信号激活会引起神经细胞凋亡,引起ATP兴奋毒性。

• 讨论和分析了双酚S诱导的脂质代谢紊乱可能是其发挥一系列毒性作用的基础

研究进展

神经毒物可引起明显的不良后果,如神经行为障碍、神经功能异常、神经发育损伤和神经细胞凋亡。许多研究已经证明了污染物引发神经毒性的几个关键事件,包括常见的神经递质(如乙酰胆碱,肾上腺素,多巴胺和血清素)水平紊乱以及活性氧的产生和炎症。然而,环境污染物诱发神经毒性的分子起始事件仍不清楚,而且嘌呤类神经递质(如ATP)受到的关注很少。实际上,大脑的血脑屏障具有高度选择性和渗透性,在保护大脑方面非常有效,可以防止98%的小分子药物进入大脑。与之类似,有机污染物(PFASs、双酚类和其它污染物)在哺乳动物和鱼类大脑中的蓄积量远低于其他组织(肝脏,肠道,肾脏和其他)。我们以前的数据发现幼年大鼠口服高剂量双酚S(50 mg/kg bw/day)32天后,血浆中的累积浓度为108.0±64.3 ng/mL,而其在脑组织中的累积量仅为7.2±1.9 ng/g。成年斑马鱼在水中接触双酚S(100 μg/L)35天后,双酚S在脑组织中的积累程度(雌性,0.72±0.02 ng/g;雄性,0.61±0.06 ng/g)远低于在其它组织中的积累量。研究表明,双酚S等污染物可直接干扰血管内皮细胞的功能。因此,双酚S或其他有机污染物可能首先与血管内皮细胞(血脑屏障的最外层)中的分子相互作用,随后引发神经毒性。

大脑是高需能组织,需要的能量占体内的20%。而脑内皮细胞的主要作用是允许葡萄糖运输到周围组织,以维持大脑的能量需求。脑内皮细胞中高表达的葡萄糖转运蛋白1(GLUT1),介导葡萄糖通过血脑屏障进入大脑产生ATP,提供能量。而我们的数据发现双酚S的作用类似于GLUT1的抑制剂,抑制了葡萄糖进入大脑,但却增加了脑内的ATP含量和线粒体活性(图1)。这似乎违背了常规认知,深究原因发现发育期的大脑可以利用酮体代替葡萄糖产生ATP并提供能量。 

1 图文摘要

酮体,被称为“超级燃料”,在没有糖酵解的情况下转化为乙酰辅酶a,然后进入三羧酸循环产生NADH。通过检测酮体等物质的含量发现双酚S暴露确实会通过抑制GLUT1增加脑内酮体和ATP等含量,并底物依赖性的刺激线粒体产生大量ATP(图2)。

2 双酚S通过抑制GLUT1使酮体作为能量底物产生过量的ATP

通过脑组织的转录组和脂质组等分析,发现过量的ATP作为神经递质激活了嘌呤受体2X而抑制了嘌呤受体2Y介导的磷脂酰肌醇信号通路,导致第二信使甘油二酯的含量下降(图3),并产生一系列的神经毒性效应。 
3 BPS激活斑马鱼脑内嘌呤2X受体信号,抑制磷脂酰肌醇信号通路。
当前关于嘌呤2X7受体的作用机制还不太明了,因此,我们又利用嘌呤2X7受体的激动剂和抑制剂简单的探究了由ATP-嘌呤2X7受体介导的ATP兴奋毒性,结果发现ATP-嘌呤2X7受体信号通路激活可导致神经细胞凋亡,文章机制概图如图所示(图4)。 

4 双酚S通过抑制GLUT1诱导ATP兴奋毒性的机制示意图

本研究发现,双酚S暴露通过抑制GLUT1导致发育期大脑中酮体消耗产生过量ATP,并作为神经递质过度激活下游信号通路,从而诱导神经细胞凋亡,产生神经毒性,可能代表一条新的AOP途径。

作者介绍

汝少国,博士,中国海洋大学海洋生命学院教授,博士生导师,担任环境生态系主任。在Nat Commun、Environ Sci Technol、Water Res等杂志发表论文100余篇。主持国家重点研发项目课题、国家自然科学基金项目等科研课题多项,入选山东省重点领域急需紧缺人才。长期从事环境健康与生态工程应用研究。

通讯邮箱:rusg@ouc.edu.cn

王惟薇,博士,中国海洋大学海洋生命学院副教授,硕士生导师。以第一作者和通讯作者(含共同)在Environ Sci Technol、Environ Int.等杂志发表论文10余篇。主持国家自然科学基金面上和青年项目、校级英才工程项目等科研课题,山东省“优博”获得者。长期从事环境污染物诱发心脑血管系统疾病的效应和机制研究。

通讯邮箱:wangweiwei@ouc.edu.cn

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