摘要
多环芳烃(PAHs)与氯代多环芳烃(Cl-PAHs)是人类活动产生的典型有机污染物。随着工业生产活动增强，PAHs和Cl-PAHs被更多地释放到环境中。由于它们具有致癌、致突变等毒性效应，PAHs和Cl-PAHs可对人类健康造成显著不利影响。先前的毒理试验已经阐明了5环化合物苯并芘(B[a]P)的主要毒性效应和毒性作用方式，但关于低环PAHs和Cl-PAHs的毒理学研究仍比较缺乏。本论文采用转录组学联合代谢组学分析方法，结合常规毒性测试手段，比较研究了B[a]P和芘(Pyr)与它们的氯代衍生物对人体细胞产生的广泛毒性效应。 首先，优化了细胞代谢组学样品前处理方法。基于拟靶向代谢组学方法，比较了不同细胞收获方法与提取方法对不同类别代谢物提取效率的影响。与其他3种收获方法（胰酶法;PBS刮刀法;直接溶剂刮刀法）相比，水破碎细胞样品收获方法可以获得对极性代谢物以及脂类代谢物更高的回收率;80％甲醇提取法可以获得对极性代谢物以及脂类代谢物较高的的提取效率。进一步将此优化的样品前处理方法与拟靶向代谢物分析方法相结合，用于研究PAHs和Cl-PAHs暴露对细胞代谢的干扰。 以人肝细胞L02为细胞模型，比较了6-氯苯并芘(6-Cl-B[a]P)与其母体B[a]P暴露诱导的毒性效应。与B[a]P暴露相比，6-Cl-B[a]P暴露对人肝细胞在转录水平的干扰较弱，但在代谢水平的干扰较强。与B[a]P相比，6-Cl-B[a]P在5和50nM暴露剂量下，诱导了更强的氧化应激反应与更强的细胞毒性效应。线粒体是6-Cl-B[a]P和B[a]P的主要作用靶点。6-Cl-B[a]P和B[a]P均能抑制线粒体的电子呼吸链(ETC)功能，但是其作用方式不同。B[a]P暴露显著降低了20个参与调控线粒体氧化磷酸化通路的基因表达水平，并通过诱导AhR的激活，降低呼吸链复合物Ⅰ、Ⅳ和Ⅴ的活性。6-Cl-B[a]P对参与线粒体ETC功能调控的基因的影响较小，但对呼吸复合物Ⅰ和Ⅴ活性的抑制作用强于B[a]P。此外，6-Cl-B[a]P对脂肪酸线粒体β氧化的抑制作用强于B[a]P。 以人肝细胞L02为细胞模型，评估了芘(Pyr)及其氯代衍生物1-氯芘(1-Cl-Pyr)暴露诱导的毒性效应。RNA-seq结果显示，虽然Pyr和1-Cl-Pyr在人体暴露水平下明显改变了L02细胞基因的整体表达水平，但它们都不能显著诱导与芳香烃受体(AhR)激活密切相关的基因的表达，如CYP1A1、CYP1B1、AhR、ARNT。代谢组学分析表明，Pyr和1-Cl-Pyr均对L02细胞产生了显著的代谢干扰。通路富集分析表明，Pyr和1-Cl-Pyr均显著干扰甘油磷脂代谢。此外，Pyr和1-Cl-Pyr显著干扰了与能量代谢相关的氧化磷酸化(OXPHOS)、糖酵解和脂肪酸氧化代谢通路。Pyr和1-Cl-Pyr对L02细胞能量代谢的干扰表现出不同的作用方式。5和50nM浓度的Pyr诱导L02细胞脂肪酸氧化和OXPHOS的上调，提示L02细胞的能量生成增强。而在5nM剂量下，1-Cl-Pyr的能量产生方式与Pyr相同。然而，当暴露浓度增加到50nM时，1-Cl-Pyr通过抑制氧化磷酸通路中复合物Ⅰ的活性来抑制能量的产生。此外，72h暴露后，在高浓度暴露(500nM)下，1-Cl-Pyr表现出比Pyr更强的细胞毒性。
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