PPAR亞型決定了鄰苯二甲酸酯（PAEs）以及全氟和多氟烷基物質（PFAS）在干擾人體巨噬細胞替代激活（alternative activation）過程中的不同作用機制
《Toxicology》：PPAR subtypes determine distinct modes of action of phthalate esters (PAEs) and per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in disrupting human macrophage alternative activation
【字體：
大
中
小
】
時間：2026年01月04日
來源：Toxicology 4.6
編輯推薦：
本研究通過CRISPR/Cas9技術建立PPARα、δ、γ敲除的THP-1巨噬細胞模型，分化為IL-4/IL-13極化狀態，測試了5種PAEs代謝物和5種PFAS的毒性，發現PPARδ是替代激活必需的，α促進而γ抑制該過程，揭示了PAEs和PFAS通過不同PPAR亞型調控巨噬細胞替代激活的分子機制。
莊志森|游麗娟|孔建波|田亞茹|李永寧|志遠|張波|萬毅|賈旭東|楊慧
南方醫科大學公共衛生學院，中國廣州510515
摘要
鄰苯二甲酸酯（PAEs）和全氟及多氟烷基物質（PFAS）是普遍存在的污染物，與代謝和免疫紊亂有關。過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）通路已被證明可以介導它們的毒性作用，但PPAR亞型的具體功能及其介導作用仍不清楚。在本研究中，我們使用CRISPR/Cas9系統生成了PPARα、δ和γ特異性的THP-1細胞系，然后將其分化為白細胞介素-4（IL-4）和白細胞介素-13（IL-13）極化的巨噬細胞（替代激活型）。在誘導過程中，這些細胞分別暴露于0、6.25、12.5、25、50、100 μM的五種PAE代謝物：單(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯（MEHP）、單環己基鄰苯二甲酸酯（MCHP）、單異丁基鄰苯二甲酸酯（MIBP）和單苯基鄰苯二甲酸酯（MBzP）；以及五種PFAS：全氟十一烷酸（PFUnDA）、全氟癸酸（PFDA）、全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸鉀（PFOS-K）和9-氯十六氟-3-氧雜壬烷-1-磺酸鉀（F53B）中，持續時間分別為48小時。結果表明，PPARδ的缺失消除了CD209的表達，證實了其重要性；而PPARα的缺失降低了CD209的表達，PPARγ的缺失則增強了CD209的表達，表明PPARα促進替代激活，PPARγ則抑制替代激活。這些化合物表現出亞型選擇性作用：MEHP激活PPARα/γ；MBzP/MCHP抑制PPARδ但激活PPARγ；MINP僅激活PPARγ。在PFAS中，PFOS-K激活PPARδ/γ；F53B抑制PPARα；PFOA激活PPARγ；PFDA抑制PPARα/δ。轉錄組分析顯示，盡管這些化合物都參與了PPAR通路，但它們在特定基因表達上存在差異——如膽固醇（MEHP）、脂肪酸（MCHP）和糖酵解（PFOS-K）相關基因的表達增強，而TCA循環（PFOA）相關基因的表達減弱。總之，PAEs和PFAS通過不同的PPAR亞型特征干擾巨噬細胞的可塑性，為未來環境污染物的危害評估提供了分子依據。
引言
鄰苯二甲酸酯（PAEs）和全氟及多氟烷基物質（PFAS）是兩類高產量的化學物質，常見于空氣、水、土壤、灰塵和人體血液中（Sahoo和Kumar，2023；Evich等人，2022；Nakayama等人，2019；You等人，2024）。流行病學研究表明，接觸PAEs和PFAS會增加各種不良健康后果的風險，包括妊娠糖尿病、生殖系統功能障礙和肝臟損傷（Kahn等人，2020；Shaffer等人，2019；Weng等人，2023；Chen等人，2024；Yu等人，2021；Costello等人，2022）。從機制上看，過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）通路可能是這兩種化學物質的共同作用靶點。早期研究探討了二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯（DEHP）在肝臟中的作用機制和物種特異性效應，表明PPARα的激活及其后續的下游事件可能是DEHP誘導的嚙齒動物肝癌發生的關鍵機制（Rusyn、Peters和Cunningham，2006）。最近使用人類肝細胞和脂肪細胞體外模型的研究表明，單(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯（MEHP）和單環己基鄰苯二甲酸酯（MCHP）通過調節PPAR通路破壞葡萄糖和脂質穩態（Tian等人，2024；Shoaito等人，2019）。類似的研究也發現，PPAR的激活可能是PFAS體內效應的分子起始事件（Evans等人，2022；S?derstr?m等人，2022）。
值得注意的是，PPAR家族包含三種亞型——α、δ和γ，它們具有不同的代謝功能：PPARα增強細胞對脂肪酸的攝取、酯化和運輸；PPARδ通過線粒體和去飽和途徑驅動脂質和葡萄糖的氧化；PPARγ促進甘油三酯的合成和脂滴的儲存（Yan和Horng，2020）。然而，大多數研究僅關注一種PPAR亞型，關于這兩類化合物對不同PPAR亞型影響的系統比較研究尚缺乏。因此，PAEs和PFAS與PPAR信號通路相關的亞型特異性作用機制，以及主導其毒性作用的關鍵PPAR亞型仍不清楚。
巨噬細胞是先天免疫系統中重要的免疫細胞類型，有助于維持組織穩態。巨噬細胞的替代激活調節脂質和葡萄糖代謝，是維持組織代謝穩態的關鍵過程（Yan和Horng，2020；Xu和Lv，2023）。重要的是，巨噬細胞大量表達PPAR，這些受體是調節其替代激活和功能的關鍵（Chawla，2010；He等人，2021）。現有研究表明，包括PAEs和PFAS在內的環境污染物可以通過PPAR通路調節巨噬細胞的替代激活（Gao等人，2020；Wang等人，2024）。因此，巨噬細胞可能是這些物質引起組織毒性的靶細胞。然而，各個PPAR亞型在巨噬細胞替代激活中的具體作用仍不清楚。這一空白阻礙了對PAEs和PFAS毒理效應作用機制的闡明。
在本研究中，我們使用CRISPR/Cas9系統在人類單核THP-1細胞系中建立了PPARα、PPARδ和PPARγ的亞型特異性敲除模型。這些模型細胞被暴露于PAEs和PFAS，以明確它們對白細胞介素-4（IL-4）和白細胞介素-13（IL-13）驅動的巨噬細胞替代激活的影響。結果使我們能夠全面研究這兩類物質在巨噬細胞中的作用機制，從而為理解這些化合物的不良健康效應提供了新的證據。
化學物質和試劑
單(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯（MEHP，CAS：4376–20–9）、單環己基鄰苯二甲酸酯（MCHP，CAS：7517–36–4）、單異壬基鄰苯二甲酸酯（MINP，CAS：106610–61–1）、單異丁基鄰苯二甲酸酯（MIBP，CAS：30833–53–5）、單苯基鄰苯二甲酸酯（MBzP，CAS：2528–16–7）購自AccuStandard（美國紐黑文），純度>99%；全氟十一烷酸（PFUnDA，CAS：2058–94–8）和全氟癸酸（PFDA，CAS：335–76–2）購自Aladdin（中國上海），純度>97%。
基于THP-1細胞建立PPAR亞型敲除模型
在本研究中，使用CRISPR/Cas9系統分別在THP-1細胞中建立了PPARα、PPARδ和PPARγ的特異性敲除。Sanger測序結果顯示，與野生型細胞相比，每個細胞系的sgRNA靶結合位點都觀察到了大片段缺失，證實了敲除的有效性（圖1B）。
PPAR亞型對巨噬細胞替代激活和CD36表達的影響
高內涵熒光成像和定量分析顯示，在替代激活的巨噬細胞（Act）中，CD209和CD36蛋白水平的變化...
討論
利用CRISPR/Cas9系統，本研究首次生成了PPARα、δ和γ單敲除的THP-1巨噬細胞模型，發現IL-4/IL-13誘導的CD209相對表達在PPARδ缺失時被消除，在PPARα缺失時減弱，在PPARγ缺失時增強，從而確定PPARδ是必需的，PPARα是巨噬細胞替代激活的正調節因子，而PPARγ是負調節因子。PAE代謝物和PFAS均以劑量依賴的方式抑制CD209并調節CD36的表達。
結論
本研究確定了PPARα、PPARδ和PPARγ在調節人類巨噬細胞替代激活中的亞型特異性作用。PAEs和PFAS通過不同的PPAR亞型特征干擾巨噬細胞的替代激活。這些發現為研究環境污染物相關的PPAR信號通路作用機制提供了新的工具和分子標志。
作者貢獻聲明
田亞茹：實驗研究。李永寧：方法學。志遠：軟件、方法學。莊志森：寫作——審稿與編輯、初稿撰寫、方法學、實驗研究。游麗娟：方法學。孔建波：軟件、方法學。張波：資源獲取、方法學。萬毅：方法學、實驗研究、概念構思。賈旭東：資源獲取、項目管理、資金申請。楊慧：寫作——審稿與編輯、初稿撰寫、數據可視化、資金申請。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（批準號：82373625和22225601）和廣東省自然科學基金（批準號：2025A1515012731）的支持。
附錄A. 支持信息
1) PAEs和PFAS處理后替代激活巨噬細胞的細胞活力評估。2) PPAR亞型敲除對巨噬細胞中CD209和CD36表達的影響。3) PAEs和PFAS對CD36表達的定量分析。4) BMDL10的估算...
生物通微信公眾號
生物通新浪微博
今日動態 |
人才市場 |
新技術專欄 |
中國科學人 |
云展臺 |
BioHot |
云講堂直播 |
會展中心 |
特價專欄 |
技術快訊 |
免費試用
版權所有 生物通
Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved
聯系信箱：
粵ICP備09063491號
