环境相关剂量双酚Z通过诱导代谢底物利用改变破坏人卵巢颗粒细胞线粒体代谢与增殖能力

《Archives of Toxicology》：Bisphenol Z at environmentally relevant dose dysregulates mitochondrial metabolism and proliferative capacity in human ovarian granulosa cells by inducing changes in metabolic substrate utilization

为解决新代双酚类化合物对女性生殖健康的潜在威胁，研究人员开展了一项关于BPZ在环境相关剂量下对人卵巢颗粒细胞代谢与增殖影响的研究。结果表明，BPZ通过改变代谢底物偏好（从葡萄糖/谷氨酰胺转向脂肪酸），激活PPARα/δ通路，扰乱线粒体能量代谢并异常促进细胞增殖，这为阐明其卵巢毒性机制提供了新见解。

　　

随着塑料制品在日常生活中的广泛应用，双酚类化合物已成为无处不在的环境污染物。传统双酚A(BPA)因其内分泌干扰作用逐渐被限制使用，但新一代双酚类化合物如双酚AF(BPAF)、双酚B(BPB)、双酚P(BPP)和双酚Z(BPZ)的使用量却持续上升。令人担忧的是，这些新型双酚化合物已在人类卵泡液中被检测到，浓度最高可达1.138 ng/mL，这意味着它们可能直接作用于卵巢内的关键细胞——颗粒细胞(granulosa cells, GCs)。

颗粒细胞在卵泡发育过程中扮演着至关重要的角色，它们不仅支持卵母细胞的成熟，还负责产生雌激素。这些细胞具有高度的代谢活性和增殖能力，其正常功能对女性生育能力至关重要。然而，关于新一代双酚化合物如何影响颗粒细胞代谢和增殖的研究却十分有限。特别值得关注的是，这些化合物在环境相关浓度(0.1-10 nM)下是否会对女性生殖健康产生潜在威胁，成为了生殖毒理学领域亟待解答的问题。

在这项发表于《Archives of Toxicology》的研究中，波兰雅盖隆大学的研究团队深入探讨了四种新一代双酚化合物(BPB、BPAF、BPP和BPZ)在环境相关浓度下对人卵巢颗粒细胞线粒体功能、代谢燃料利用和增殖能力的影响。

研究团队采用了多种关键技术方法：从接受体外受精(IVF)治疗的患者中获取原代颗粒细胞(n=81)并使用人非黄素化颗粒细胞系HGrC1；通过Presto Blue法分析细胞活力和增殖；利用JC-1染料和MitoTracker Deep Red评估线粒体膜电位(ΔΨm)和活性线粒体数量；采用Seahorse XFp分析仪测量ATP生成速率和线粒体燃料氧化率；通过实时荧光定量PCR检测代谢相关基因表达；使用特异性抑制剂(BPTES、UK-5099、Etomoxir)阻断特定代谢通路。

Bisphenols at low doses increased proliferation of HGrC1 cells

研究发现，所有测试的双酚化合物在24小时单次暴露后均能显著促进颗粒细胞增殖，其中BPAF和BPB的促增殖效果最为明显。值得注意的是，仅在48小时重复暴露后，BPZ仍能维持并增强其促增殖作用，这表明BPZ对颗粒细胞增殖的影响具有时间累积效应。

New generation bisphenols alter ATP production of primary granulosa cells

在ATP生成方面，BPAF、BPB和BPP处理6小时后未引起显著变化，但能量图谱显示细胞能量代谢向有氧氧化方向偏移。相比之下，BPZ处理6小时后导致ATP生成速率下降，同时ATP速率指数和能量图谱均显示向有氧代谢偏移。然而，24小时BPZ暴露后，ATP生成反而增加，且能量代谢特征恢复正常，表明BPZ对颗粒细胞能量代谢的影响具有时间依赖性。

BPZ effect on cell morphology and mitochondrial and lipid structure

通过JC-1和MitoTracker染色评估发现，BPZ处理并未显著改变线粒体膜电位或活性线粒体数量，但显微镜观察显示BPZ处理组细胞中线粒体网络融合事件增加，提示线粒体形态可能发生了适应性改变。同时，Nile Red染色表明BPZ处理未引起脂滴积累的显著变化。

Substrate utilization after BPZ treatment

最引人注目的发现来自代谢底物利用分析。在基础状态下，颗粒细胞主要依赖葡萄糖(灵活性73%)和谷氨酰胺(依赖性36%)供能。然而，BPZ暴露显著改变了这种代谢偏好，使细胞对脂肪酸的依赖性从基础状态的22%增加至31%，同时降低了脂肪酸氧化的灵活性和容量。进一步研究表明，这种代谢转换并非由于底物可用性或转运蛋白表达的改变，因为葡萄糖转运蛋白GLUT1、GLUT4和脂肪酸转运蛋白CD36、SLC27A1的mRNA表达水平均未发生显著变化。

机制探索发现，BPZ处理显著上调了过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)和δ(PPARδ)的mRNA表达，而不影响PPARγ的表达。这一发现尤为重要，因为PPARα主要促进脂肪酸氧化，而PPARδ则作为配体激活的转录因子促进脂肪酸的摄取、转运和氧化。

为验证代谢底物转换与细胞增殖之间的因果关系，研究团队使用了特异性代谢通路抑制剂。结果显示，谷氨酰胺代谢抑制剂BPTES和葡萄糖代谢抑制剂UK-5099均能消除BPZ的促增殖作用，而脂肪酸代谢抑制剂Etomoxir单独处理反而增强了细胞增殖，与BPZ共同处理则恢复了正常增殖水平。这些结果表明，BPZ诱导的代谢重编程是其促增殖效应的重要机制。

综合研究结果，BPZ通过激活PPARα/δ信号通路，促使颗粒细胞代谢偏好从葡萄糖和谷氨酰胺转向脂肪酸氧化。这种代谢重编程初期导致ATP生成暂时下降，随后通过适应性反应恢复并增强ATP生产，最终异常促进颗粒细胞增殖。值得注意的是，这种效应在环境相关浓度(0.1-10 nM)下即可发生，远低于传统毒理学研究中使用的高浓度。

这项研究的发现具有重要的毒理学和临床意义。首先，它揭示了新一代双酚化合物特别是BPZ在极低浓度下即可干扰颗粒细胞能量代谢的新机制。其次，研究结果提示环境污染物可能通过代谢重编程途径影响女性生殖健康，这为理解生殖障碍疾病的环境因素提供了新视角。最重要的是，该研究强调了对新型环境污染物进行生殖毒性评估的必要性，特别是在日益严重的塑料污染背景下，为制定更严格的环境保护政策和公共卫生措施提供了科学依据。

研究的局限性在于尚未完全阐明BPZ激活PPAR通路的具体分子机制，以及这种代谢干扰是否会影响颗粒细胞的类固醇生成功能。未来研究需要进一步探索BPZ与PPAR受体的直接相互作用，以及在体暴露条件下是否会产生类似的生殖毒性效应。尽管如此，这项研究无疑为我们理解环境污染物对女性生殖系统的潜在危害提供了重要线索，警示我们需要更加关注日常化学品暴露对生殖健康的长期影响。