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https:///10.1021/acs.est.4c01341
· 发现MCCPs可影响下丘脑–垂体–甲状腺轴的激素调节。
· 证实MCCPs通过上调甲状腺激素合成相关基因引发甲状腺素水平升高。
· 明确MCCPs通过干扰ATP合成相关路径影响甲状腺线粒体功能。
中链氯化石蜡（MCCPs，C14–C17）因在不同环境介质中频繁检出，于2023年被提议列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》附件A。由于MCCPs的毒性效应以及作用机制尚不明确，使得其不良健康影响备受关注。该论文基于环境暴露水平研究MCCPs（0.1-50 mg/kg bw/d）对雌性SD大鼠的甲状腺毒性作用，并利用多组学方法挖掘其潜在的毒性作用路径。研究结果表明，高剂量（50 mg/kg bw/d）MCCPs暴露可引起大鼠甲状腺滤泡细胞内质网和线粒体的组织病理学改变。暴露于较高剂量MCCPs显著影响下丘脑-垂体-甲状腺轴的激素调节，引起血清促甲状腺素释放激素、促甲状腺激素和甲状腺素水平的升高。转录组学分析表明，高剂量MCCPs可诱导甲状腺激素合成相关基因的显著上调，同时干扰脂肪酸氧化、三羧酸循环和氧化磷酸化通路中相关基因的表达。整合拟靶向代谢组学分析，进一步从代谢水平佐证MCCPs暴露通过干扰ATP合成相关路径影响甲状腺线粒体功能。此外，MCCPs对甲状腺的代谢毒性可能与其氯含量特性有关（图1）。
图1 图文摘要
首先，我们观察到随着MCCPs剂量的增加，血清中的MCCPs浓度显著增加（图2a），尤其是在50 mg/kg bw/d剂量组中，浓度达到了1353.52±298.97 ng/g ww，表明MCCPs在大鼠体内有明显的剂量依赖性积累。进一步分析了MCCPs同系物的相对丰度变化，发现随着总MCCPs浓度的增加，C14-MCCPs的相对丰度降低，而C16-MCCPs和C17-MCCPs的相对丰度升高（图2b）。此外，低氯含量的MCCPs（如Cl6-MCCPs，Cl7-MCCPs和Cl8-MCCPs）的相对丰度减少，而高氯含量的MCCPs（如Cl10-MCCPs，Cl11-MCCPs和Cl12-MCCPs）的相对丰度增加（图2c）。这表明低剂量暴露下，MCCPs在大鼠体内容易发生代谢降解，导致MCCPs的同组体分别变化较大，而高剂量暴露下难以代谢降解，导致血液中MCCPs与标准样品的同组体分布比较一致。通过透射电子显微镜（TEM）观察，我们发现MCCPs暴露导致甲状腺滤泡细胞的超微结构变化（图3a）。在对照组中，可以看到整齐排列的微绒毛、丰富的核染色质（红色箭头）、椭圆形的线粒体（黄色箭头）和扁平的内质网（蓝色箭头）。而在50 mg/kg bw/d MCCPs暴露组中，细胞核内的染色质聚集且分布不均，内质网收缩，线粒体形态变得不规则，内部的嵴减少。此外，我们检测了血清中激素（TRH，TSH，T4，FT4，T3，FT3）和酶（D1和D3）水平的变化（图3b）。与对照组相比，10和50 mg/kg bw/d MCCPs暴露组的TRH明显增加，TSH在1和50 mg/kg bw/d剂量组中增加。所有MCCPs处理组的T4显著增加，而FT4只在1 mg/kg bw/d剂量组中显著增加。尽管D1水平在10和50 mg/kg bw/d剂量组中增加，但在50 mg/kg bw/d剂量组中FT3明显减少。这些结果表明，MCCPs暴露在1 mg/kg bw/d剂量下就能诱导甲状腺激素T4的产生，并干扰下丘脑-垂体-甲状腺轴的调节作用。
图2 MCCPs在大鼠血清中的浓度及其同系物谱
图3 MCCPs暴露对大鼠甲状腺结构和功能的影响
组学分析能够在分子水平反应机体对外界刺激的整体生物学变化，是揭示污染物毒性效应分子机制的有力工具，进一步借助转录组学分析发现MCCPs暴露显著上调了与甲状腺激素合成相关的基因表达，特别是在50 mg/kg bw/d MCCPs剂量组中，七个与甲状腺激素合成相关的基因表达均上调（图4a）。通过qPCR验证关键基因的表达，表明MCCPs暴露可以诱导甲状腺激素合成相关基因的表达上调（图4b），包括钙联蛋白（Canx）、热休克蛋白家族成员（Hspa5、Hsp90b1）和蛋白二硫键异构酶家族成员（Pdia4）。上述基因不仅参与合成甲状腺素前体物质甲状腺球蛋白的合成，还被报道与内质网应激有关，而内质网被认为是细胞合成蛋白的主要场所。由此，上述基因在转录水平的变化与大鼠血清中T4激素变化一致，证实了MCCPs可通过上调甲状腺激素合成相关基因引发甲状腺素水平升高。此外，在转录水平我们还观察到MCCPs暴露对ATP产生过程关键基因表达产生影响（图5）。ATP的产生路径主要包括线粒体氧化磷酸化、三羧酸循环（TCA）、脂肪酸氧化等过程。MCCPs暴露显著下调了三羧酸循环中Idh2、Idh3a、Isocitrate、Aco2、Mdh2、Fh、Sdhb基因的表达水平，另外，氧化磷酸化途径中复合物I-V共有19个基因下调，脂肪酸氧化过程中Acadm、Acads、Hadhb、Hadha基因的表达下调。能量代谢的抑制可能会进一步干扰甲状腺激素的合成。拟靶向代谢组学分析表明向TCA循环提供代谢中间体的氨基酸生物合成途径显著紊乱，这可能导致TCA循环的中间代谢物供应不足，进而干扰线粒体的功能。另外，我们发现即使低剂量MCCPs（0.1 mg/kg bw/d）暴露也能导致雌性大鼠血清中的甲状腺素T4水平上升，较高剂量（≥10 mg/kg bw/d）的MCCPs暴露会激活调控甲状腺激素的下丘脑-垂体-甲状腺轴，导致甲状腺激素合成相关基因表达上调，同时抑制线粒体能量产生相关基因的表达。证实MCCPs的内分泌干扰效应，也表明MCCPs对人类甲状腺功能的潜在威胁。
图4 MCCPs暴露诱导的甲状腺激素合成途径变化
图5 MCCPs暴露干扰ATP产生关键基因的转录水平
本研究首次揭示了MCCPs通过诱导甲状腺激素合成和干扰线粒体功能从而引发甲状腺毒性，为MCCPs的毒性作用方式和基于机制的风险评估提供了新的见解。这些发现为理解MCCPs的毒性作用机制提供了重要信息，为未来的流行病学进一步探索MCCPs与甲状腺疾病之间的潜在联系提供了方向。整合多种毒理学方法和组学分析可以将表型变化和多个潜在生物学终点联系起来，在分子水平揭示环境化学物质诱导的毒性机制。此外，由于氯化石蜡与其它污染物不同，是由很多同系物组成的混合物体现，我们的研究结果还发现，由于生物体本身对外源物质的代谢降解，MCCPs进入生物体后分子组成发生变化，氯化石蜡的毒性效应与其氯含量是直接相关的，分子组成的变化会对MCCPs的毒性产生较大的影响，这一结果推进了我们对内暴露水平和毒性终点之间关系的理解，超越了传统的外部暴露浓度和毒性效应之间的关系。
程琳，博士，中国科学院大连化学物理研究所博士后，主要从事新环境污染物毒性效应与机制研究。以第一作者身份在Environ.Sci. Technol.等环境毒理学相关期刊发表学术论文10篇。
耿柠波，博士，中科院大连化学物理研究所 副研究员 硕士生导师。主要从事污染物的环境分析与环境毒理研究。主持国家自然科学基金3项，参与国家自然科学基金重大研究计划等6项。近五年在EST、WR、EI、JHM等发表论文40余篇，其中一作/通讯SCI论文20篇，申请专利20余项，参编专著3部。荣获中国化学会“青年环境化学奖”（2023）、担任《生态毒理学报》编委、《色谱》青年编委。
通讯邮箱：gengningbo@dicp.ac.cn
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