利用果蝇蜕皮激素缺陷模型揭示双酚A(BPA)的内分泌干扰活性及其分子机制

本研究通过构建果蝇(Drosophila melanogaster)蜕皮激素(ecdysone)合成缺陷模型，系统评估了双酚A(BPA)对昆虫内分泌系统的干扰作用。研究发现低剂量BPA(0.1-5 μg/mL)能部分挽救ecdysone缺乏导致的表型，并通过分子对接证实BPA可与蜕皮激素受体(EcR)配体结合域相互作用。该研究为开发新型脊椎动物内分泌干扰物筛选平台提供了重要理论基础。

　　

在环境污染日益严重的今天，内分泌干扰化学物质(EDCs)对人类健康和生态系统的威胁备受关注。其中双酚A(BPA)作为典型的环境雌激素，已被证实可通过干扰核受体活性影响多种生理过程。然而，传统脊椎动物模型存在成本高、周期长等局限，且BPA与昆虫激素系统的相互作用机制尚不明确。针对这些问题，来自西班牙的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表创新性研究，利用果蝇这一模式生物建立了高效的内分泌干扰物评估体系。

研究团队采用RNA干扰技术在果蝇前胸腺特异性敲低Smt3、MEP-1和fh基因构建蜕皮激素合成缺陷模型，通过饮食补充20-羟基蜕皮激素(20HE)、Ponasterone A和BPA进行表型挽救实验。结合免疫荧光染色检测翅盘细胞增殖和唾液腺靶基因表达，并运用AlphaFold2建模和分子动力学模拟分析配体-受体相互作用。研究队列包括维也纳果蝇资源中心(VDRC)和Bloomington果蝇库存中心(BDSC)提供的多种转基因品系。

在"果蝇蜕皮激素信号受损的遗传组合表现出幼虫发育延长、翅盘细胞增殖减少和唾液腺中蜕皮激素靶基因表达缺失"部分，研究发现敲低Smt3、MEP-1或fh基因导致幼虫滞育在第三龄期(L3)，翅盘面积缩小50%-60%，有丝分裂指数显著降低。唾液腺中蜕皮激素靶基因Sgs3-GFP和Broad(Br)表达几乎完全缺失，证实成功构建了蜕皮激素信号缺陷模型。

"饮食补充20HE部分挽救蜕皮激素信号受损果蝇突变体的化蛹、成虫盘增殖和蜕皮激素靶基因表达"结果显示，0.5 mg/mL 20HE可使phtm-Gal4/UAS-MEP-1-RNAi幼虫化蛹率恢复至60%，但对phtm-Gal4/UAS-Smt3-RNAi仅达20%。有趣的是，0.01 mg/mL 20HE即可显著恢复翅盘细胞增殖，表明不同生物学响应存在阈值差异。Sgs3-GFP表达较Br更易被挽救，进一步证实靶基因激活的敏感性差异。

"Ponasterone A诱导20HE正常调控的生物学反应"部分发现，0.005 μg/mL Ponasterone A即可有效挽救细胞增殖，但即使提高浓度至1 μg/mL，化蛹率仍维持在45%左右。这种"低效高敏"的特性提示Ponasterone A与EcR的相互作用模式与20HE存在差异，为理解非甾体类激动剂的构效关系提供了新线索。

"暴露于BPA可部分补偿蜕皮激素合成缺陷突变体果蝇幼虫的蜕皮激素缺乏"章节显示，1-10 μg/mL BPA对phtm-Gal4/UAS-MEP-1-RNAi的挽救效果最佳，使化蛹率提升至35%，翅盘有丝分裂指数恢复近70%。但该效应具有基因型依赖性，在严重缺陷的phtm-Gal4/UAS-Smt3-RNAi中几乎无效，表明BPA的挽救能力与内源性蜕皮激素水平密切相关。

通过"蜕皮激素、ponasterone A和BPA以不同亲和力结合蜕皮激素受体配体结合域"的分子模拟，研究揭示20HE、Ponasterone A和BPA与Drosophila EcR的结合自由能分别为-86.78、-84.20和-41.77 kcal/mol。能量分解显示Asn⁵⁹⁹
和Glu³³⁰
是区分配体结合特性的关键残基，这从结构生物学角度解释了不同化合物表型挽救效果的差异。

这项研究的意义在于建立了一个整合遗传学、表型分析和计算生物学的创新平台，为内分泌干扰物的筛查和机制研究提供了新范式。该模型不仅避免了哺乳动物实验的伦理限制，其高通量特性更适用于大规模环境污染物筛查。特别值得注意的是，研究首次在体内证实BPA可通过EcR通路产生生物学效应，为理解环境污染物对无脊椎动物的影响提供了重要依据。未来可扩展应用于其他疑似EDCs的评估，并为开发特异性EcR调节剂奠定基础。