前言

雙酚F（BPF）是雙酚a（BPA）的主要替代品，已被廣泛使用。雖然已知BPA暴露會(huì)產(chǎn)生各種毒性效應(yīng)，但BPF的毒性仍有待深入研究。本文采用一種綜合方法，包括基于質(zhì)譜（MS）的全局脂質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)以及空間代謝組學(xué)方法，研究BPF的毒性作用及其對(duì)乳腺癌異種移植物對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)組織（肝和腎）的潛在毒理機(jī)制。

本文由香港浸會(huì)大學(xué)蔡宗葦教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Journal of Hazardous Materials（IF:14.224）上發(fā)表的題為“Liquid chromatography-mass spectrometry-based metabolomics and lipidomics reveal toxicological mechanisms of bisphenol F in breast cancer xenografts”的研究成果，在雙酚F處理的乳腺癌異種移植物中，運(yùn)用脂質(zhì)代謝組和空間代謝組開發(fā)并成功應(yīng)用了一種新方法，用于腎臟和肝臟的整體脂質(zhì)和代謝產(chǎn)物指紋圖譜研究。

技術(shù)流程

研究結(jié)果

1.BPF對(duì)乳腺癌異種移植物的影響

注射IRdye 800CW-EGF后4d MDA-MB-231異種移植物的代表性NIR圖像(如圖1A)。在每只小鼠的腋窩腫瘤區(qū)域觀察到NIR信號(hào)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，BPA和BPF組僅腫瘤重量和腫瘤體積顯著增加（圖1B和1C）?？梢钥闯觯珺PF和BPA處理組的腫瘤體積顯著增加（圖1B）。橄欖油（對(duì)照）、雙酚A-（100μg/kg體重/天）和雙酚F（100μg/kg體重/日）處理組的腫瘤重量分別為0.3±0.15克、0.60±0.12克和0.56±0.10克（圖1C）?？梢缘贸鼋Y(jié)論，BPF暴露可通過(guò)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)組織（肝和腎）的分子改變?cè)黾尤橄侔┊惙N移植物的腫瘤增殖。

圖1 | BPF和BPA對(duì)MDA-MB-231裸鼠移植瘤的影響

2.組學(xué)分析：BPF對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)組織代謝譜影響的組學(xué)分析

從圖2中的熱圖來(lái)看，BPF治療后，氨基酸、谷胱甘肽（GSH）相關(guān)化學(xué)物質(zhì)、糖酵解中間體、脂質(zhì)和其他有機(jī)化合物在腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)組織中顯示出顯著變化。

比較BPF處理組和對(duì)照組之間的肝臟樣品時(shí)，BPF暴露誘導(dǎo)的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物顯示谷氨酸、谷氨酰胺、GSH、甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、G-6P、乳酸和酮酸顯著增加，但脂質(zhì)的生物合成和代謝無(wú)顯著變化（圖3）。對(duì)于肝臟和腎臟的代謝組學(xué)分析，與對(duì)照組相比，BPF處理組的脂質(zhì)代謝產(chǎn)物豐度較高，包括磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、二酰甘油（DAG）和三酰甘油（TAG），而溶血磷脂酰膽堿和溶血磷脂?；掖及罚↙PE）豐度較低。結(jié)果表明，BPF暴露后，腎臟和肝臟的脂質(zhì)組和代謝組分別受到顯著干擾。

此外，通過(guò)UPLC-MS/MS方法檢測(cè)腎臟和肝臟樣品中BPF的濃度，以發(fā)現(xiàn)代謝物變化與BPF積累之間的關(guān)系。在BPF處理組中，腎臟樣本中的BPF濃度高于肝臟樣本。結(jié)果表明，BPF通過(guò)代謝組紊亂和BPF積累而具有毒性作用。

圖2 | BPF暴露后確定代謝物的熱圖分析

圖3 |乳腺癌異種移植物肝臟和腎臟中的BPF暴露

（1）GSH生物合成、（2）糖酵解和（3）GPs和GLs的生物合成和降解的整體代謝紊亂。

3.BPF對(duì)肝臟和腎臟毒性作用的途徑

結(jié)果表明，BPF處理后，小鼠肝臟和腎臟中的GSH生物合成可能受到調(diào)節(jié)，這是參與糖酵解、能量代謝和腫瘤增殖的關(guān)鍵途徑。在GSH水平和抗氧化基因表達(dá)顯著降低后，BPA通過(guò)產(chǎn)生氧化應(yīng)激誘導(dǎo)肝毒性。與BPA相比，BPF暴露還通過(guò)干擾抗氧化防御系統(tǒng)相關(guān)代謝物和酶（圖3），影響乳腺癌異種移植物中的氧化劑/抗氧化劑平衡，導(dǎo)致肝和腎損傷。它可能導(dǎo)致ROS生成，通過(guò)攻擊細(xì)胞膜、DNA、RNA進(jìn)一步誘導(dǎo)氧化損傷，最終導(dǎo)致組織損傷。

在肝和腎組織中，BPF處理組與前者不同，顯示糖酵解中乳酸、酮酸、糖酵分解中間體（果糖-6-磷酸[F6P]和葡萄糖-6-磷酸酯[G-6P]）和葡萄糖的豐度增加。當(dāng)用BPF處理肝臟和腎臟時(shí)，己糖激酶（HK）、酮酸激酶同工酶M2（Pkm2）和乳酸脫氫酶A（Ldha）的mRNA水平升高驗(yàn)證了這些結(jié)果。

經(jīng)BPF處理的腎臟樣本顯示，GPs（PC、PE和PI）和甘油脂質(zhì)（GLs）（DAG和TAG）的豐度增加，LPC和LPE的豐度減少，可能表明膜重塑中脂質(zhì)的功能變化（圖3）。與對(duì)照組相比，BPF處理組中Ccpt、Dgat和PI的mRNA水平增加，Pla2g2a/Pla2g12a的mRNA水平降低，從而驗(yàn)證了該結(jié)果。BPF可通過(guò)對(duì)必需酶和脂質(zhì)代謝產(chǎn)物的協(xié)同調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)脂質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)變化。

作者還通過(guò)空間代謝組學(xué)可視化了腎臟中不同脂質(zhì)的分布模式（圖4）。代謝物分布在腎皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域。對(duì)于BPF治療組，PE（如[PE（18:0p/22:6）-H]-m/z 774.56）和TAG（如[TAG（18:0/14:0/16:0）H]-m/z 805.74）在腎髓質(zhì)和骨盆中增加，PC（如[PC（16:0p/22:4）-H]-m/z 792.60）和PI（如[PI（18:1/22:0）-H]m/z 909.56）在腎皮質(zhì)和骨盆中也增加。

圖4 | BPF處理腎臟切片的代表性空間代謝組質(zhì)譜成像圖像

研究討論

總之，在BPF處理的乳腺癌異種移植物中，利用LC-MS/MS和空間代謝組學(xué)開發(fā)并成功應(yīng)用了一種新方法，用于腎臟和肝臟的整體脂質(zhì)和代謝產(chǎn)物指紋圖譜?；诖x物的研究可能對(duì)乳腺癌的診斷非常有用。本研究和獲得的數(shù)據(jù)為篩選BPA安全替代品提供了良好的證據(jù)。

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