利用海水青鳉和WHHL家兔模型研究双酚A(BPA)对心血管系统的毒性作用机制

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双酚A(BPA)是一类在环境中广泛分布的环境内分泌干扰物质,在全球范围的人体血液、尿液及其它体液和组织器官中均有检出。最新流行病学调查显示,BPA在人体血液和尿液中含量的升高和多种心血管疾病存在关联,但目前仍缺乏实验室研究来验证上述相关性并阐明潜在的分子毒理学机制。本论文首先利用海水青鳉为模型,研究接近于环境浓度的BPA(200μg/L)通过水相暴露对心血管系统早期生长发育的影响,并进一步选取和人类在脂蛋白代谢及心血管系统上更为接近的WHHL家兔模型,研究高低浓度的BPA(400μg/kg和40 mg/kg)通过灌胃暴露对动脉粥样硬化形成和发展的影响。研究发现海水青鳉胚胎对BPA的富集量呈先升后降的趋势,其平均浓度接近于现实环境中海洋生物体内的浓度,同时其主要代谢产物BPA-葡糖苷酸(BPAG)的含量呈逐步上升趋势,表明海水青鳉在胚胎阶段即可有效代谢BPA,相应的生物半衰期为1.92±0.59 d。在生长发育的2个关键时期,BPA暴露促使10个和心血管系统生长发育密切相关基因的mRNA表达量发生显著改变,原位杂交进一步显示相关典型基因的mRNA表达程度在幼鱼心脏、卵黄和腹部区域有下降趋势,表明BPA暴露对海水青鳉心血管系统的早期生长发育具有潜在的危害。同时,6个和炎症及氧化应激反应相关基因的mRNA表达量在上述2个阶段发生显著上调。组织切片和HE染色发现新孵化幼鱼心室中出现炎症细胞入侵及心肌细胞受损,表明BPA可通过诱导炎症反应对海水青鲻的心血管系统造成损伤。  在WHHL家兔实验中发现,经不同浓度BPA灌胃暴露24小时(hr)内,BPA可被WHHL家兔快速吸收和代谢,其生物半衰期的变化范围为3.92~18.44hr,以至于血清中BPA的富集量随着暴露时间延长没有发生显著升高。低浓度BPA暴露12周后,促进了WHHL家兔主动脉和冠状动脉粥样硬化的形成,主要表现为病变区域所含后期病变面积和平滑肌细胞面积分别增加了37%和60%。高浓度BPA暴露8周后,对于主动脉和冠状动脉粥样硬化的影响主要表现为巨噬细胞面积和后期病变面积分别增加了86%和69%,表明BPA促进动脉粥样硬化的形成和暴露时间及剂量存在密切关联。结合细胞实验揭示BPA主要作用于血管内皮细胞,通过诱导炎症反应和内质网应激等作用导致内皮细胞的功能受损,从而间接诱导平滑肌细胞迁移和增殖。同时,BPA还可直接作用于心肌细胞和动脉壁,通过促进炎症反应、心肌细胞缺血坏死及钙化斑块增多等现象加剧动脉粥样硬化病变程度。  进一步研究BPA暴露对WHHL家兔脂类和糖类代谢的影响,发现高浓度BPA暴露造成WHHL家兔出现胰岛素抵抗现象,从而减缓血糖代谢,促进血液中葡萄糖和胰岛素含量升高。高低浓度BPA暴露显著促进了家兔皮下和腹部脂肪细胞肥大,具体表现为大尺寸脂肪细胞所占比例增加,从而加剧了胰岛素抵抗现象。同时,高低浓度BPA暴露促使肝细胞和心肌细胞中出现脂质蓄积、炎症细胞入侵及细胞凋亡等现象,若干和内质网应激、脂类代谢及炎症反应密切相关基因的mRNA表达量在肝脏中发生显著上调。通过体外细胞实验,发现接近WHHL家兔血清浓度(0~50 ng/mL)的BPA暴露同样显著诱导了人体肝癌细胞(HepG2)中与内质网应激、炎症反应、脂类代谢及污染物代谢相关基因mRNA表达量发生显著上调,并导致脂滴蓄积和甘油三酯含量升高,表明BPA可通过调节上述信号通路对肝脏的脂类代谢及正常结构功能造成损伤。综上所述,BPA一方面可直接作用于动脉壁和心肌细胞,另一方面可通过诱发多重代谢紊乱症状,从而直接或间接促进动脉粥样硬化的形成和发展。
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