| 题名 | 羟基多溴联苯醚和全氟烷基酸对甲状腺激素系统干扰效应的分子机理研究 |
| 作者 | 任肖敏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭良宏 |
| 关键词 | 羟基多溴联苯醚 全氟烷基酸 甲状腺激素转运蛋白 甲状腺激素受体 OH-PBDEs PFAAs THs transport proteins THs receptors |
| 其他题名 | Molecular Toxicology of Hydroxylated Polybrominated Diphenyl Ethers and Perfluoroalkyl Acid on the Thyroid Hormone System |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 甲状腺激素是动物体内非常重要的内分泌激素之一，其在调节生物体正常物质能量代谢、促进生理发育等方面都具有非常重要的作用。近年来，研究发现一些环境污染物如羟基多溴联苯醚 (Hydroxy polybrominated diphenyl ethers, OH-PBDEs) 和全氟烷基酸 (Perfluorinated alkyl acids, PFAAs) 可对动物甲状腺激素系统的正常生理功能产生干扰。目前对于这两类环境污染物的干扰效应的研究还比较少。大多都集中在动物实验水平和细胞水平，对于分子机理的研究比较缺乏。本论文在激素转运水平和激素受体水平两方面对OH-PBDEs和PFAAs的甲状腺激素系统干扰效应进行分子作用机理研究。主要包括以下三部分内容。 1. 研究OH-PBDEs与甲状腺激素转运蛋白的相互作用以揭示其在激素转运水平可能的干扰效应。本工作首先建立了研究OH-PBDEs与甲状腺激素转运蛋白结合能力的荧光竞争法。通过将甲状腺激素T4分子和荧光素分子FITC通过化学偶联的方法结合在一起，合成了能够特异性结合于转运蛋白激素结合位点的荧光探针FITC-T4。通过荧光竞争法，测定了11种具有不同溴原子数以及不同羟基取代位点的OH-PBDEs与两种主要的甲状腺激素转运蛋白甲状腺素结合前白蛋白 (Transthyretin, TTR) 和甲状腺素结合球蛋白 (Thyroxine binding globulin, TBG) 的结合能力。结果表明OH-PBDEs能以不同亲和力与这两种转运蛋白结合。其与TTR的相对结合力 (Relative potency to T4, RP) 在0.06-2.36之间。与TBG的相对结合能力在ND-1.54之间。通过对OH-PBDEs进行构效关系分析可以发现OH-PBDEs与转运蛋白的结合能力与其疏水性相关。疏水性越高的OH-PBDEs越有利于其与转运蛋白的结合。这可能与转运蛋白结合口袋的疏水性有关。通过竞争实验可以发现有些OH-PBDEs如3-OH-BDE-47和 3’-OH-BDE-154与转运蛋白的结合能力甚至都超过了天然激素T4分子。由此我们推测，随着人体血液中OH-PBDEs浓度日渐升高，它们很可能会通过与T4竞争结合转运蛋白而实现对甲状腺激素平衡的干扰。 2. 研究OH-PBDEs在甲状腺激素受体水平的干扰效应，并探究其分子作用机理。本工作首先建立了研究OH-PBDEs与甲状腺激素受体蛋白结合能力的荧光竞争法。通过将甲状腺激素T3分子和荧光素分子FITC通过化学偶联的方法结合在一起，合成了能够特异性结合于甲状腺激素受体蛋白的荧光探针FITC-T3。通过建立的荧光竞争法，测定了10种OH-PBDEs与两种亚型的受体蛋白TRα-LBD和TRβ-LBD的结合能力。结果表明OH-PBDEs能以不同亲和力与受体蛋白结合，其结合能力与分子疏水性有关。OH-PBDEs与TRα-LBD的相对结合力 (RP to T3) 在ND-0.51之间。与TRβ-LBD的相对结合能力在ND-0.82之间。在确定了OH-PBDEs能够直接与受体蛋白作用后，进一步通过T-screen细胞增殖实验和共激活因子结合实验的方法对其受体效应进行研究。结果发现不同溴原子数的OH-PBDEs表现出相反的TR效应。有5种低溴的OH-PBDEs (3’-OH-BDE-7, 2’-OH-BDE-28, 3’-OH-BDE-28, 5-OH-BDE-47, 6-OH-BDE-47) 表现为TR激活剂效应。有3种高溴OH-PBDEs (3-OH-BDE-100, 3’-OH-BDE-154, 4-OH-BDE-188) 则表现为TR抑制剂效应。为了探讨OH-PBDEs的TR效应机理，我们采用分子对接的方法研究了OH-PBDEs与TR的结合作用方式。结果表明具有激活效应的低溴代OH-PBDEs分子体积小，结合于受体口袋的内侧。而具有抑制效应的高溴代OH-PBDEs，由于其分子体积较大，结合于受体口袋的外侧。通过分子模拟，可以推测OH-PBDEs不同的结合模式导致其对TR的Helix 12产生不同的影响，最终导致不同的TR效应。通过以上实验，证明了OH-PBDEs能够与TR直接结合，并且不同溴原子数的OH-PBDEs具有不同的TR效应。因此，可以推测OH-PBDEs很有可能会直接在受体水平干扰甲状腺激素的正常效应。 3. 研究PFAAs在甲状腺激素受体水平的干扰效应，并探究其分子作用机理。通过FITC-T3为探针的荧光竞争法，测定了多种PFAAs与受体蛋白TRα-LBD的结合能力。结果表明PFAAs能以不同的亲和力结合于TRα-LBD (RP=ND-0.51)。通过分析构效关系，发现其结合能力与PFAAs的碳链长度以及末端酸性基团有关。碳链越长，末端酸性基团极性越高越有利于PFAAs与受体蛋白结合。蛋白内源性荧光实验也同样证明了该结果。进一步通过T-screen实验发现有3种PFAAs (PFOS, PFHxDA, PFOcDA) 表现为TR激活剂的效应。通过分子对接的方法发现这3种有激活效应的PFAAs的符合TR激活剂的条件。PFAAs可以与TRα-LBD口袋内侧精氨酸残基 (ARG 228) 形成氢键，且在受体口袋入口处无干扰基团不会影响Helix 12与TR的作用。目前本文对于PFAAs的TR效应的研究还不够全面，需要进一步深入研究。 通过前人的成果和本论文的研究结果可以发现OH-PBDEs和PFAAs都有可能会在转运水平和受体水平对甲状腺激素系统造成干扰，因此需要人们对其更加关注。 |
| 公开日期 | 2014-08-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7650]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任肖敏. 羟基多溴联苯醚和全氟烷基酸对甲状腺激素系统干扰效应的分子机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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