J HAZARD MATER | 脂质组+空间代谢组学揭示双酚F在乳腺癌异种移植中的毒理学机制

2022-09-20 10:50:08, 多层组学定制服务上海欧易生物医学科技有限公司

前言

双酚F（BPF）是双酚a（BPA）的主要替代品，已被广泛使用。虽然已知BPA暴露会产生各种毒性效应，但BPF的毒性仍有待深入研究。本文采用一种综合方法，包括基于质谱（MS）的全局脂质组学和代谢组学以及空间代谢组学方法，研究BPF的毒性作用及其对乳腺癌异种移植物对肿瘤转移相关组织（肝和肾）的潜在毒理机制。

本文由香港浸会大学蔡宗苇教授团队发表在Journal of Hazardous Materials（IF:14.224）上发表的题为“Liquid chromatography-mass spectrometry-based metabolomics and lipidomics reveal toxicological mechanisms of bisphenol F in breast cancer xenografts”的研究成果，在双酚F处理的乳腺癌异种移植物中，运用脂质代谢组和空间代谢组开发并成功应用了一种新方法，用于肾脏和肝脏的整体脂质和代谢产物指纹图谱研究。

技术流程

研究结果

1.BPF对乳腺癌异种移植物的影响

注射IRdye 800CW-EGF后4d MDA-MB-231异种移植物的代表性NIR图像(如图1A)。在每只小鼠的腋窝肿瘤区域观察到NIR信号。结果表明，与对照组相比，BPA和BPF组仅肿瘤重量和肿瘤体积显著增加（图1B和1C）。可以看出，BPF和BPA处理组的肿瘤体积显著增加（图1B）。橄榄油（对照）、双酚A-（100μg/kg体重/天）和双酚F（100μg/kg体重/日）处理组的肿瘤重量分别为0.3±0.15克、0.60±0.12克和0.56±0.10克（图1C）。可以得出结论，BPF暴露可通过肿瘤转移相关组织（肝和肾）的分子改变增加乳腺癌异种移植物的肿瘤增殖。

图1 | BPF和BPA对MDA-MB-231裸鼠移植瘤的影响

2.组学分析：BPF对肿瘤转移相关组织代谢谱影响的组学分析

从图2中的热图来看，BPF治疗后，氨基酸、谷胱甘肽（GSH）相关化学物质、糖酵解中间体、脂质和其他有机化合物在肿瘤转移相关组织中显示出显著变化。

比较BPF处理组和对照组之间的肝脏样品时，BPF暴露诱导的内源性代谢产物显示谷氨酸、谷氨酰胺、GSH、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、G-6P、乳酸和丙酮酸显著增加，但脂质的生物合成和代谢无显著变化（图3）。对于肝脏和肾脏的代谢组学分析，与对照组相比，BPF处理组的脂质代谢产物丰度较高，包括磷脂酰胆碱（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），而溶血磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰基乙醇胺（LPE）丰度较低。结果表明，BPF暴露后，肾脏和肝脏的脂质组和代谢组分别受到显著干扰。

此外，通过UPLC-MS/MS方法检测肾脏和肝脏样品中BPF的浓度，以发现代谢物变化与BPF积累之间的关系。在BPF处理组中，肾脏样本中的BPF浓度高于肝脏样本。结果表明，BPF通过代谢组紊乱和BPF积累而具有毒性作用。

图2 | BPF暴露后确定代谢物的热图分析

图3 |乳腺癌异种移植物肝脏和肾脏中的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体代谢紊乱。

3.BPF对肝脏和肾脏毒性作用的途径

结果表明，BPF处理后，小鼠肝脏和肾脏中的GSH生物合成可能受到调节，这是参与糖酵解、能量代谢和肿瘤增殖的关键途径。在GSH水平和抗氧化基因表达显著降低后，BPA通过产生氧化应激诱导肝毒性。与BPA相比，BPF暴露还通过干扰抗氧化防御系统相关代谢物和酶（图3），影响乳腺癌异种移植物中的氧化剂/抗氧化剂平衡，导致肝和肾损伤。它可能导致ROS生成，通过攻击细胞膜、DNA、RNA进一步诱导氧化损伤，最终导致组织损伤。

在肝和肾组织中，BPF处理组与前者不同，显示糖酵解中乳酸、丙酮酸、糖酵分解中间体（果糖-6-磷酸[F6P]和葡萄糖-6-磷酸酯[G-6P]）和葡萄糖的丰度增加。当用BPF处理肝脏和肾脏时，己糖激酶（HK）、丙酮酸激酶同工酶M2（Pkm2）和乳酸脱氢酶A（Ldha）的mRNA水平升高验证了这些结果。

经BPF处理的肾脏样本显示，GPs（PC、PE和PI）和甘油脂质（GLs）（DAG和TAG）的丰度增加，LPC和LPE的丰度减少，可能表明膜重塑中脂质的功能变化（图3）。与对照组相比，BPF处理组中Ccpt、Dgat和PI的mRNA水平增加，Pla2g2a/Pla2g12a的mRNA水平降低，从而验证了该结果。BPF可通过对必需酶和脂质代谢产物的协同调节，诱导脂质的功能和结构变化。

作者还通过空间代谢组学可视化了肾脏中不同脂质的分布模式（图4）。代谢物分布在肾皮质和髓质区域。对于BPF治疗组，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）在肾髓质和骨盆中增加，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）在肾皮质和骨盆中也增加。