供稿：岗方印，武汉大学
校稿：刘玮，武汉大学
推送：刘玮，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environment International上，标题为PPARα/ACOX1 as a novel target for hepatic lipid metabolism disorders induced by per- and polyfluoroalkyl substances: An integrated approach，通讯作者为第三军医大学军事预防医学院的曹佳教授。
肝脏脂质代谢紊乱可发展为肝脂肪变性和非酒精性脂肪性肝病（NAFLD），NAFLD已成为慢性肝病的重要原因。除了遗传和生活方式之外，NAFLD的发生发展与环境污染物也有关。全氟和多氟烷基物质（PFAS）是环境中普遍存在的持久性污染物，具有潜在的肝毒性，但PFAS暴露与NAFLD脂质紊乱之间的机制还不清楚。此研究中，作者以NHANES数据库进行横断面分析，调查PFAS暴露与NAFLD的关联，结合计算毒理学分析、生物信息学方法、动物实验和细胞实验，探索PFAS与肝脏脂质代谢紊乱的联系及潜在分子靶标。
首先，作者选用NHANES数据库进行横断面分析，最终纳入1273名没有大量饮酒的成年人用于探索血清PFAS与NAFLD之间的关系（图1A）。分析结果显示，在所有PFAS中，检测到的几何平均值最高的是全氟辛烷磺酸（PFOS），其次是全氟辛酸铵（PFOA）（图1B）。在调整混杂因素的多变量logistic回归分析中，PFOA、全氟十一烷酸（PFUA）和全氟癸酸（PFDA）的最高分位数分别比第一分位数的NAFLD风险增加87%、85%和71%，且PFOA、PFUA以及PFDA与NAFLD之间存在显著的剂量-反应关系（图1C），说明PFAS暴露与NAFLD或肝脂肪变性显著相关。
图1 PFAS暴露与NAFLD之间的关联
基于NHANES数据的横断面分析中PFOA和PFOS的内暴露量最高且与NAFLD/肝脂肪变性相关，后续的研究中选择PFOA和PFOS为PFAS的代表。CTD数据库中PFOA和PFOS相关肝毒性中分别包含了324和251个基因（图2A）。这些基因的通路富集分析表明，PFOA暴露与PPARα/RXRα激活、PPAR信号通路、自噬及铁死亡信号通路显著相关（图2B）。IPA上游分析发现PPARα是PFOA暴露相关基因中最主要的上游调节因子（图2C）。同样，PFOS暴露与PPARα/RXRα激活、铁死亡信号通路、脂肪酸β氧化等显著相关（图2D），且PPARα也被确定为与PFOS暴露相关基因的上游调节因子（图2E）。此外，PPARα作为上游调节因子在PFOA/PFOS暴露下引起的基因表达改变谱相似，分子对接分析发现PFOA/PFOS与PPARα表现出良好的结合能力（图2G和H）。
图2 PPARα信号通路的激活是关键的分子起始事件参与PFOA/PFOS诱导的肝脏疾病
随后，作者从GEO数据库中获得了PFOA处理小鼠和大鼠的肝脏转录组数据，最终确定了172个差异表达基因，包括114个上调和58个下调基因（图3A-C）。富集分析表明上调的差异表达基因主要富集于脂肪酸代谢、蛋白质定位和PPAR信号通路，而下调的基因主要富集于胆汁分泌、细胞碳水化合物分解代谢过程等（图3D）。对这些差异基因进行IPA分析发现脂肪酸β氧化是PFOA暴露后改变最为显著的典型途径，其中PPARα是最突出的上游调节因子（图3E和3F）。
图3 PFOA处理影响肝脏中脂肪酸β氧化途径
作者从GEO数据库获得了PFOA/PFOS处理和PPARα敲除小鼠的肝脏转录组数据。通过GSEA鉴定在转录水平上激活或抑制的相关信号通路，发现PFOA处理激活了线粒体脂肪酸β氧化、过氧化物酶体脂质代谢以及脂肪酸代谢（图4A）。PFOA处理的PPARα敲除小鼠中肝脏脂质代谢、脂肪酸代谢以及过氧化物酶体脂质代谢被显著抑制（图4C）。
图4 肝脏PPARα是PFOA诱导过氧化物酶体脂质代谢途径紊乱的响应基因
为了将研究结果从动物模型外推到人类，作者从GEO数据库获得了PFOA/PFOS处理的人原发性肝细胞的转录组数据，对筛选出的11个基因进行基准剂量分析（图5C和D）。结果表明PFOA/PFOS处理后，PPARα介导的过氧化物酶体脂质代谢显著激活。Reactome通路分析表明酰基辅酶A氧化酶（ACOX1）是催化过氧化物酶体β氧化和H2O2生成的关键限速酶（图5E）。
图5 肝脏ACOX1是PFOA/PFOS影响过氧化物酶体β氧化途径中PPARα的下游靶基因
为了进一步研究ACOX1在PFOA/PFOS诱导肝脂肪变性的作用机制，作者建立了PFOA/PFOS处理的动物和细胞模型。与未处理小鼠相比，PFOA/PFOS处理后小鼠肝脏指数及血清丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶和γ-谷氨酰转移酶水平显著升高（图6A-E），并且血清甘油三酯、血清游离脂肪酸和葡萄糖水平显著增加（图6F-J）。HE染色结果也表明PFOA/PFOS处理后小鼠肝脏脂质积累（图6K）、肝脏H2O2水平显著升高（图6L）。此外，小鼠肝脏细胞线粒体损伤（图6M），免疫荧光分析表明PFOA/PFOS处理后小鼠ACOX1表达增加（图6N）。
图6 肝脏ACOX1上调与肝脂肪变性和肝细胞线粒体损伤有关
PFOA/PFOS处理后显著增加了小鼠肝细胞AML12细胞内甘油三脂和游离脂肪酸含量（图7A-C），并显著诱导AML12细胞中线粒体膜电位、β氧化速率降低，细胞内和线粒体内ROS增加（图7D-G）。此外，ACOX1抑制剂及线粒体ROS清除剂显著减弱了PFOA/PFOS诱导的线粒体膜电位、β氧化效率降低和细胞内甘油三酯的积累（图7H-J）。
图7 ACOX1介导的氧化应激参与PFOA/PFOS处理的小鼠肝细胞线粒体损伤和脂质代谢紊乱
综上，此研究首次提出了PPARα/ACOX1作为PFAS诱导的肝脏脂质代谢紊乱的新通路。在激活的PPARα信号通路中，过氧化物酶体β氧化中的关键酶ACOX1作为PFAS引起异常脂质代谢的关键靶基因，为预测、评估和减轻PFAS诱导的肝毒性提供新思路。
文章编号：488
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023004117
原文引用：
Wang Yang, Xi Ling, Shijun He, Haonan Cui, Zeyu Yang, Huihui An, Lihong Wang, Peng Zou, Qing Chen, Jinyi Liu, Lin Ao*, Jia Cao*. PPARα/ACOX1 as a novel target for hepatic lipid metabolism disorders induced by per- and polyfluoroalkyl substances: An integrated approach. Environ. Int., 2023, 178:108138.
