文章亮点
1. 用MFA评价PFOA对人肝细胞葡萄糖代谢的毒性作用
2. 证实人肝细胞线粒体呼吸功能受到全氟辛酸(PFOA)的损害
3. 全氟辛酸(PFOA)显著改变了三羧酸(TCA)循环的代谢模式
01 前 言
根据以往的研究得知全氟辛酸(PFOA)可以破坏血糖稳态，但是PFOA相关代谢物来源无法判定，因此PFOA对葡萄糖代谢的影响途径并不清晰。在本研究中，通过同位素示踪利用13C标记葡萄糖对PFOA处理的人肝细胞(HepG2)代谢产物(如柠檬酸)进行13C同位素的代谢通量分析(MFA)，从而确定PFOA对肝细胞葡萄糖代谢的影响。通过研究数据证实PFOA对糖酵解的代谢模式没有实质性的影响，但是可显著抑制葡萄糖驱动的三羧酸(TCA)循环的途径活性。
02 研究过程
全氟辛酸诱导的细胞毒性作用
细胞活力和细胞周期与细胞代谢密切相关，当全氟辛酸浓度高于100μM时，细胞相对活力显著下降，细胞周期分布开始发生实质性变化(图1a,b)。选择全氟辛酸浓度(100和300μM)进行后续检测，如图1c所示，与糖酵解和TCA循环有关的碳水化合物(例如丙酮酸和柠檬酸)和与葡萄糖代谢有关的氨基酸(例如丙酮酸衍生的丙氨酸)的相对丰度一直在下降。
全氟辛酸引起的糖代谢紊乱
为进一步研究PFOA对糖代谢的影响，采用MFA方法研究了糖代谢模式。用[U-13C6]葡萄糖示踪剂测定细胞内的关键代谢物，与对照组相比，除丙酮酸和乳酸外，300μM全氟辛酸处理的细胞中与TCA循环相关的代谢产物和来自[U-13C6]葡萄糖的氨基酸的最大代谢效率均显著降低(图2)。在糖酵解方面，不同处理组之间丙酮酸和乳酸中M+3的比例没有显著差异(图3)。
全氟辛酸引起的糖代谢紊乱
13C标记的柠檬酸相对含量总是大于与TCA循环相关的下游中间体，如琥珀酸，这可能是由于线粒体柠檬酸可以输出到细胞质中，然后分解成AcCoA合成脂肪酸。如图4所示，在300μM PFOA组中被13C标记的棕榈酸酯比对照组低3倍。
PFOA所致的线粒体损伤
为了深入了解PFOA对葡萄糖有氧代谢的影响，采用细胞外通量分析仪评估线粒体呼吸功能。实验表明，300μM PFOA显著抑制细胞线粒体呼吸功能，在300 μM PFOA处理的细胞中，ATP活性也显著降低，这与线粒体呼吸功能受到抑制的结果一致(图5)。
03 讨论总结
PFOA已被广泛应用于各种工商业产品中，例如饮用水、食品、快餐包装等。PFOA一旦被人体吸收，就很难从体内消除。因此，研究PFOA是如何扰乱人体葡萄糖代谢，对于了解这种污染物对健康的不利影响是很重要的。本文研究证明，在PFOA处理的细胞显著改变了与TCA循环有关而不是与糖酵解相关的葡萄糖代谢，表明PFOA可能优先干扰有氧代谢途径，该研究数据可为糖尿病的相关医学研究提供相关支持，而 MFA将在环境毒理学研究中特别是与细胞呼吸相关研究中具有蓬勃发展的应用。
