代谢组学策略探究PM2.5关键毒作用组分对抑癌基因P53依赖的代谢毒性及其分子机制

Air pollution has become a major concern for public health in China. Particulate. Matter with a diameter of less than 2.5μm poses the greatest threat to the respiratory and cardiovascular System. In the previous study, we found that exposure to particles containing all components could induce oxidative damage and metabolic abnormalities in cells, and the correlation between inorganic components and toxicity was negative. However, the cytotoxic effects of the key toxic components of metals and organics are still unknown. P53 may play an important role in transcriptional regulating on cell oxidative stress, lipid, sugar and amino acid metabolism. Therefore, we speculate that P53 is a target for the key toxic components of PM2.5, which can interfere with the metabolism by activating the P53 signaling pathway. Therefore, this project was designed to apply spectral mass spectrometry techniques and metabolomics strategies, combined toxicological end points and molecular biology techniques to explore the metabolic interference of the key toxic components of PM2.5 exposure on Beas-2B cells, identified the main affected Metabolic pathways and P53-mediated signaling pathway. This project will for the first time reveal the metabolic toxicities, target points and molecular mechanisms of the key toxic components of PM2.5, providing a theoretical basis for further evaluation of the health hazards of particles.

大气细颗粒物(PM2.5)粒径小(Dp≤2.5μm)、比表面积大，易富积大量有毒物质，其既能沉积于肺部，又能穿过肺泡壁进入心血管等系统，对人体健康构成极大威胁。本课题组前期发现PM2.5全组分颗粒物暴露能够诱导细胞氧化损伤及代谢异常，且颗粒物中无机组分与其毒性的相关性较小；然而，其所携带的金属及有机组分等关键毒性组分的细胞毒作用尚不清楚。抑癌基因P53对细胞氧化应激，脂质、糖及氨基酸代谢具有重要的转录调控作用，故推测P53是PM2.5主要毒性组分的毒性用靶点，其能够通过激活P53信号通路从而干扰肺细胞代谢。由此，本课题拟应用谱质谱技术和代谢组学策略，结合毒理学终点并运用分子生物学技术手段，探究PM2.5主要毒性组分暴露对Beas-2B细胞的代谢应答干扰，明确受影响的主要代谢通路以及由p53调控的代谢信号通路在代谢毒性中的关键作用。本项目将首次从分子水平揭示PM2.5主要毒性组分

大气细颗粒物(PM2.5)对人体健康构成极大威胁。本课题组前期发现PM2.5全组分颗粒物暴露能够诱导细胞氧化损伤及代谢异常，然而，其关键毒性组分的细胞毒作用尚不清楚。由此，本课题在前期研究的基础上，首先明确了其结合的多环芳烃为主要毒作用成分，因此，以正常人肺-支气管上皮细胞构建毒理学研究模型，应用色谱谱-质谱联用技术技术，联合了代谢组学与转录组学的联合策略，结合毒理学终点并运用分子生物学技术手段，探究PM2.5结合的多环芳烃暴露对Beas-2B细胞毒作用机制；明确了PM2.5结合的多环芳烃能够剂量依赖性地提高细胞内的活性氧水平，造成细胞的氧化损伤；同时，随着暴露剂量的增加，细胞凋亡的生物标志物Caspase-3全蛋白、Caspase-3前体以及剪切激活的Caspase-3，随着暴露剂量的增加，剪切激活的Caspase-3及其全蛋白与对照组相比含量增加，说明大气细颗粒物结合的PAHs可以引起细胞的早期凋亡。由此，我们进一步分别进行了代谢组学和转录组学的发掘，我们发现PM2.5结合的多环芳烃在细胞代谢方面，除了干扰了嘧啶代谢、谷胱甘肽代谢等代谢通路，主要影响了细胞内的脂质代谢，包括超长链脂肪酸的 β 氧化，磷脂生物合成，磷脂酰胆碱生物合成等等；相应的，我们对转录组学进行挖掘在这项研究中，构建了基因-代谢物网络。TP53 target 3D、PAGE family member 2以及MAPK regulated corepressor interacting protein 1等调控信号通路和细胞内脂类代谢调控以及细胞抗氧化损伤调控密切相关；同时，p53/TP53介导的信号通路、微管细胞骨架稳定化、DNA损伤位点的TP53BP1和BRCA1、NIK/NF-γB 信号的正调控、氧化应激、细胞间粘附以及β-连环蛋白家族的蛋白质相互作用等信号通路与细胞脂质代谢的调控有密切关系。综上所述，我们发现PM2.5结合的多环芳烃通过扰乱细胞脂质代谢及TP53 target 3D、MAPK等相关调控信号通路等导致正常人支气管上皮细胞损伤的机制。 因此，细胞能量的稳定性以及脂质代谢可能是PM2.5结合的多环芳烃诱导的呼吸系统损伤的潜在预防和治疗靶点。

内容获取失败，请点击重试