PBDEs干扰孕酮合成：其代谢物4-溴二苯醚可强烈抑制人和大鼠胎盘中的3β-羟基类固醇脱氢酶

《Toxicology and Applied Pharmacology》：Disruption of progesterone synthesis by PBDEs: Potent inhibition of human and rat placental 3β-hydroxysteroid dehydrogenase by the metabolite 4-Bromodiphenyl ether

　　

摘要

多溴二苯醚（PBDEs）及其代谢物4-溴二苯醚（BDE3）是普遍存在的环境污染物，被认为具有干扰内分泌的作用。本研究探讨了它们对人类（h3β-HSD1）和大鼠（r3β-HSD4）胎盘中的3β-羟基类固醇脱氢酶的抑制作用及其作用机制，该酶在孕酮生物合成中起着关键作用。通过全面的酶学分析发现，在所检测的8种PBDE同系物及结构类似物4-溴联苯（BDP）中，仅有BDE3和BDP表现出显著的抑制作用。BDE3是一种强效的混合/竞争性抑制剂，其IC₅₀值分别为5.86?μM（h3β-HSD1）和12.35?μM（r3β-HSD4），远高于BDP的IC₅₀值（约100?μM）。以孕烯醇酮为底物的机制研究证实这两种化合物均为混合/竞争性抑制剂，表明它们与类固醇底物结合；而以NAD?为底物的分析则显示为混合/非竞争性抑制剂。分子对接和动力学模拟结果也支持这一结论，表明BDE3和BDP能够以合适的结合能结合在类固醇/NAD?界面，从而稳定活性位点的构象。网络毒理学分析显示，编码h3β-HSD1的HSD3B1基因是连接PBDE暴露与先兆子痫的重要基因，该基因在类固醇生成和雌激素信号通路中较为活跃。单细胞RNA测序分析发现，HSD3B1在绒毛外层细胞和合胞体滋养层细胞中表达较高，而在先兆子痫患者中表达降低。对HSD3B1的计算机虚拟敲除实验预测，这将导致细胞周期调控和类固醇生成通路的紊乱。药代动力学预测表明，这两种化合物在肠道中有较高的吸收率，但可能存在肝毒性。这些结果表明，BDE3可能作为胎盘3β-HSD的强效抑制剂，其干扰孕酮合成的作用可能与不良妊娠结局有关。

引言

多溴二苯醚（PBDEs）是一类合成有机溴化合物，被用作塑料、纺织品和电子产品中的阻燃剂（Burgos Melo等，2024）。这类溴化阻燃剂包括多种同系物，如2,2′,4,4′-四溴二苯醚（BDE47）、2,2′,3,4,4′-五溴二苯醚（BDE85）、2,2′,4,4′,6-五溴二苯醚（BDE100）、2,3′,4,4′,6-五溴二苯醚（BDE119）、2,2′,4,4′,5,5′-六溴二苯醚（BDE153）、2,2′,4,4′,5,6′-六溴二苯醚（BDE154）以及十溴二苯醚（BDE209）（图1A）（Leri等，2024）。PBDEs被添加到聚氨酯泡沫（PentaBDE）、塑料（DecaBDE）以及电路板中。这些物质会从垃圾填埋场、电子废物回收过程以及工业排放中渗出（Leri等，2024）。PBDEs可通过空气和水流长距离传输，并在脂肪组织中积累（Yu等，2023）。

由于其在工业上的广泛应用，PBDEs导致了全球范围内的环境污染、食物链中的生物积累以及人类的高暴露风险。高浓度的PBDEs会在环境和动物体内代谢为一种常见的代谢物——4-溴二苯醚（BDE3）（Chen等，2018），这种物质在环境中大量存在，可进入人体并引发不良影响。从结构上看，BDE3与4-溴联苯（BDP）相似，后者是一种常用的有机合成原料，尤其用于制药、农用化学品以及其他各类有机化合物的制备（Li等，2021）。

尽管一些PBDE同系物，如PentaBDE（BDE85、BDE100、BDE119）、HexaBDE（BDE153和BDE154）以及DecaBDE（BDE209），还有其代谢物BDE3，已受到法规限制，但由于它们的持久性，仍能在人体组织中被检测到（Jiang等，2024），这引发了人们对其内分泌干扰作用的担忧（Zhang等，2024）。人类主要通过饮食摄入（鱼类、肉类、乳制品，尤其是富含脂肪的食物）、吸入灰尘（尤其是在使用老旧泡沫家具的家庭中）以及职业接触电子废物拆解过程中的粉尘来暴露于PBDEs（Gomes等，2024）。人类生物监测数据显示，由于生物积累的特性，血清和脂肪组织中低溴含量的PBDEs（BDE47、BDE119、BDE100）占比较高。而在母乳中，虽然BDE209含量较多，但吸收较差，而像OH-溴代二苯醚这样的代谢物可能带来更高风险（Frederiksen等，2009）。在大多数人体样本中也检测到了BDE3（Thuresson等，2005）。

已有研究指出PBDEs具有多种毒性作用和内分泌干扰效应，包括神经系统损害（Qadeer等，2024）、发育毒性（Wallenborn等，2024）、甲状腺激素功能紊乱（Li等，2024）、生殖毒性（Wu等，2023）以及类固醇生成异常（Sarkar等，2018）。胎盘是连接母体和胎儿、实现营养物质、气体及代谢废物交换的重要器官（Carrasco-Wong等，2023），同时在类固醇激素的合成与代谢过程中也起着关键作用（Hill等，2014）。从机制上来看，PBDEs能够激活PPARγ（Ren等，2022）、干扰2型碘化甲状腺素脱碘酶的活性（Roberts等，2015），还能激活NLRP3炎性小体（Wang等，2021）。

胎盘中的3β-羟基类固醇脱氢酶1型（h3β-HSD1）是类固醇生成过程中的关键酶，很可能是PBDEs的作用靶点。h3β-HSD1是一种重要的胎盘类固醇生成酶，它能将孕烯醇酮（P5）转化为孕酮（P4）（图1B），而孕酮对于维持妊娠至关重要（Zhu等，2019）。在实验用大鼠模型中，h3β-HSD1的对应酶为大鼠4型3β-HSD（r3β-HSD4）。这两种酶都需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺⁾作为辅助因子（Simard等，2005）。对于h3β-HSD1和r3β-HSD4而言，关键的残基分别是Tyr154、Lys158（负责底物结合）以及Ser124（负责催化质子转移），两者具有相似的催化残基（Thomas等，2004）。如果胎盘3β-HSD被抑制，就会导致孕酮P4不足，进而增加早产风险（Palomares等，2021）以及先兆子痫的发生概率（Aufdenblatten等，2009）。

尽管已有证据表明PBDEs会干扰类固醇生成，但仍有许多重要问题尚未明确：究竟哪些PBDEs能够抑制胎盘3β-HSD？不同物种之间是否存在差异？它们的抑制作用属于竞争性、非竞争性还是混合类型？溴化模式如何影响其对胎盘3β-HSD的生物活性？BDEs是否会在滋养层细胞模型中抑制P4的合成？因此，本研究的目的是通过剂量反应试验对PBDEs进行筛选，确定各PBDE同系物的IC₅₀值，借助酶动力学和分子对接技术了解其作用机制；同时，在BDE暴露后检测JAR滋养层细胞中P4的生成情况，开展完整细胞验证，并通过网络毒理学分析探讨胎盘3β-HSD被抑制后的靶点变化及后续影响。通过整合酶学、细胞生物学以及计算机模拟技术，我们旨在深入理解PBDEs导致内分泌干扰的机制，为相关政策的制定和风险评估提供依据。

章节摘录

化学试剂与实验动物

P5和P4由Steraloids公司（美国罗德岛州纽波特市）提供。NAD⁺购自罗氏公司（德国曼海姆）。二甲基亚砜（DMSO）、磷酸盐缓冲液（PBS，pH?7.2）以及纯度为99%的BDE3（产品编号B65209）均来自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯市）。BDE47（产品编号BD64085，纯度大于98%）则由Accu Standard公司（美国康涅狄格州纽黑文市）提供。BDE85（产品编号P357512）、BDE100（产品编号B340155）、BDE119（产品编号B354057）、BDE153（产品编号B344709）、BDE154（产品编号B354055）

PBDEs和BDP对h3β-HSD1的影响

h3β-HSD1是类固醇生成过程中的关键催化剂，负责将P5转化为P4（图1B）。首先，我们研究了人类胎盘微粒体中h3β-HSD1的酶动力学参数，以此作为参考值。通过Michaelis-Menten分析得出，该酶的Km值为0.32?±?0.06?μM（95%置信区间为0.22至0.50?μM，R²值为0.941），这一数值与先前报道的结果一致（Wang等，2024），也证实了该酶的身份（图2A）。测得的Vmax值为466.4?±?35.1?pmol/mg/min（95%置信区间为

讨论

本研究通过体外实验、计算机模拟以及生物信息学分析，提供了有力证据，表明普遍存在的环境污染物BDE3——作为高级PBDEs的主要代谢物——能够高效且选择性地抑制人类和大鼠的胎盘h3β-HSD1及r3β-HSD4酶的活性。研究结果表明，在所检测的8种PBDE同系物及结构类似物BDP中，仅有BDE3以及含量较少的BDP对人类（h3β-HSD1）和大鼠的这两种酶表现出显著的抑制作用

结论

本研究揭示了一条新的、机制明确的路径，说明环境污染可能如何引发妊娠相关疾病。我们证明，BDE3在体外能够抑制人类和大鼠胎盘微粒体中的3β-HSD酶活性，同时还能降低JAR滋养层样细胞中的孕酮生成量，这表明胎盘类固醇生成可能是BDE3的作用靶点。进一步的计算分析还指出，与HSD3B1相关的滋养层通路也可能与此现象有关

CRediT作者贡献说明

谢 Lubin：概念设计、方法学、验证、正式分析、原始稿撰写。费千金：概念设计、方法学、验证、正式分析、原始稿撰写。苏明：实验研究、正式分析。唐云冰：实验研究、正式分析。朱阳：实验研究、正式分析。葛仁山：概念设计、资金获取、论文审阅与编辑、项目监督。段平：概念设计、项目监督。潘成双：概念设计

CRediT作者贡献说明

谢 Lubin：原始稿撰写、验证、方法学、正式分析、概念设计。费千金：原始稿撰写、验证、方法学、正式分析、概念设计。苏明：实验研究、正式分析。唐云冰：实验研究、正式分析。朱阳：实验研究、正式分析。葛仁山：论文审阅与编辑、项目监督、资金获取、概念设计。段平：项目监督、概念设计。潘成双：论文审阅与

资金支持信息

本研究部分得到了浙江省卫生健康委员会的资助（项目编号11-CX29，资助对象为R.-S.G.）。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

Lubin Xie|Qianjin Fei|Ming Su|Yunbing Tang|Yang Zhu|Ren-shan Ge|Ping Duan|Chengshuang Pan

中国浙江省温州市温州医科大学第一附属医院生殖医学中心，邮编325000