雙酚類似物對HepG2細胞的代謝調控

2020-12-08 啟因生物科研

文章標題：

Metabolomic modulations of HepG2 cells exposed to bisphenol analogues

Yue S, Yu J, Kong Y, Chen H, Mao M, Ji C, Shao S, Zhu J, Gu J, Zhao M.

Environment International（IF=7）

DOI: 10.1016/j.envint.2019.05.008

研究背景：

研究雙酚類似物：雙酚A（BPA），雙酚AF（BPAF），雙酚F（BPF）和雙酚S（BPS）對內分泌的幹擾作用。

方法

HepG2細胞分別用四種BP（BPA，BPAF，BPF和BPS）處理後，通過核磁共振（NMR）分析其代謝產物，糖代謝PCR晶片分析其基因表達情況。

技術流程

結果

1.細胞培養基的NMR分析和多變量分析

代謝紊亂是由BPs治療引起的（圖1）。從OPLS-DA得分圖中，在四個BP代謝組學數據集和溶劑對照組之間觀察到明顯的區別（圖2）。

圖1主成分分析（PCA）得分來源於細胞培養基樣品的NOESY光譜的NMR數據。 （A）溶劑對照和BPA處理的PCA得分圖;（B）溶劑對照和BPAF處理的PCA得分圖;（C）溶劑對照和BPF處理的PCA得分圖;（D）溶劑對照和BPS處理的PCA得分圖。

圖2 從細胞培養基樣品的noesy光譜的核磁共振數據和200個隨機置換試驗的驗證模型得到的opls-da分數圖。（A）溶劑對照和BPA處理的OPLS-DA得分圖;（B）用於溶劑對照和BPAF處理的OPLS-DA得分圖;（C）溶劑對照和BPF處理的OPLS-DA得分圖;（D）溶劑對照和BPS處理的OPLS-DA得分圖。

2.鑑定差異累積的代謝物

圖3 OPLS-DA負荷圖和HEPG2細胞培養基中明顯的差異代謝物鑑定。（A）溶劑對照與BPA處理;（B）溶劑對照與BPAF處理;（C）溶劑對照與BPF處理;（D）溶劑對照與BPS處理。 刻度紅（↑↑）表示差異非常顯著; 漸變黃（↑）表示差異顯著; 漸變藍（NS）表示差異無關緊要。

3. 擾亂的通路分析

分析BP類似物擾亂的代謝途徑。我們發現7個途徑（苯丙氨酸代謝; D-穀氨醯胺和D-穀氨酸代謝;賴氨酸降解;氨基醯基-tRNA生物合成;丙酮酸代謝;甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝;丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝）與15在BPA暴露中鑑定的代謝物相關（圖4A）。六個途徑（苯丙氨酸代謝; D -穀氨醯胺和D-穀氨酸代謝;丙酮酸代謝;甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝;丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝;糖酵解或糖原異生），其中包括兩個以上的目標，在整個過程中被BPAF影響（圖4B）。在相同的標準下，接觸BPF後，8種途徑（D-穀氨醯胺和D-穀氨酸代謝;賴氨酸降解;氨基醯基-tRNA生物合成;丙酮酸代謝;甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝;丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝;甲烷代謝;乙醛酸和二羧酸酯代謝）被影響（圖4C）。同時，BPS影響了三種途徑（丙酮酸代謝;丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝;甲烷代謝）（圖4D）。

圖4. 代謝物組富集分析（MSEA）的總結圖（A）溶劑對照與BPA處理; （B）溶劑對照與BPAF處理; （C）溶劑對照與BPF處理; （D）溶劑對照與BPS處理。（a）苯丙氨酸代謝; （b）D-穀氨醯胺和D-穀氨酸代謝;（c）賴氨酸降解;（d）氨基醯基-tRNA生物合成;（e）丙酮酸代謝;（f）甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝;（g）丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝;（h）糖酵解或糖異生;（i）甲烷代謝;（j）乙醛酸和二羧酸代謝。

4. BPs處理後的基因表達譜的表徵

糖代謝PCR晶片檢測BP處理後基因表達水平的變化：84個選定基因和數據熱圖如圖5所示。糖代謝PCR晶片分析表明，儘管四種BP具有破壞葡萄糖代謝的能力，但它們可能通過不同的機制起作用：BPAF增加了丙酮酸激酶（PKLR）的表達水平，這意味著與NMR結果一致的增強的糖酵解。然而，其他三種BP類似物降低了葡萄糖激酶（GCK）的表達水平，表明葡萄糖感知障礙。

圖5 熱圖顯示用pcr晶片測定的hpg2細胞暴露48小時後糖代謝基因組的倍數變化。

圖6.通過1 H NMR分析和PCR陣列，檢測到的差異代謝物（黑色）和差異表達基因（紅色），並提出被破壞的代謝途徑。

結果總結

結果表明，BP類似物導致7-15種代謝物的紊亂，這些代謝物被分類為糖酵解（丙酮酸）和三羧酸循環（乙酸鹽，乳酸鹽）中的胺基酸（丙氨酸，穀氨醯胺，穀氨酸），中間體和終產物。根據代謝物和途徑的數量排序依次為BPF> BPA> BPAF> BPS。共同擾亂的通路（丙酮酸代謝，丙氨酸，天冬氨酸和穀氨酸代謝）表明糖酵解增強。研究結果同時表明，使用代謝組學和PCR晶片可以了解機制的潛在作用，並確定未來目標風險評估的潛在目標。

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