摘要
随着室外空气污染初步得到有效控制，室内空气污染逐渐受到公众和研究人员的关注。烹调是我国居民日常生活的重要组成部分，烹调油烟(Cookingoilfumes,COFs)作为室内空气污染的主要来源，会对人群健康产生多种危害，包括肺毒性、免疫毒性、遗传毒性和潜在的致癌性。流行病学研究发现，油烟高暴露厨师人群表现为代谢紊乱和血脂异常，油烟的暴露与脂肪肝、糖尿病、“油烟综合征”等慢性疾病密切有关。然而，COFs潜在的生物学机制尚未阐明。因此，本研究旨在通过多组学方法研究COFs对代谢系统损伤的具体机制。 本研究使用“烹调油烟动物暴露装置(CookingOilFumeFormationandExposureEquipment,COFFEE)”进行大豆油COFs制备与小鼠暴露。将40只8周龄雌性C57BL/6小鼠，随机分为四组，分别设为0、3、7、14d暴露组(COF0组、COF3组、COF7组和COF14组)。各组小鼠在COFFEE中进行大豆油COFs吸入暴露，每周暴露7d，每天1h，分别暴露0d，3d、7d和14d。同时实时监测大豆油COFs中细颗粒物的浓度。暴露结束后分别从4组小鼠中随机选取6只小鼠进行葡萄糖耐量实验(IntraperitonealGlucoseToleranceTest，IPGTT)和胰岛素抵抗实验(InsulinToleranceTests，ITT),并采用无创血压计测定小鼠尾动脉血压，通过代谢笼收集小鼠粪便，保存备用。随后，使用异氟醚麻醉动物，使用玻璃毛细血管通过眼睛内眦进行眶后窦穿刺，收集血液并收集小鼠腹股沟处白色脂肪、腓肠肌和小肠组织，观察其病理组织学改变，并用相应检测方法检测小鼠上述组织中相关分子的表达。最后通过气相色谱-质谱联用仪(LiquidChromatographMassSpectrometer,LC-MS)系统进行多组学差异性分析和功能富集分析。 结果显示，COF7组小鼠的血压以及总胆固醇(Total-Cholesterol，TC)、甘油三酯(Triglyceride，TG)、高密度脂蛋白胆固醇(High-densityLipoproteinCholesterol,HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(Low-densityLipoproteinCholesterol,LDL-C)水平都降低，并在14d时部分恢复。IPGTT和ITT实验表明，与COF0组相比，暴露7d和14d小鼠的葡萄糖耐量受损，出现反应性低血糖现象，胰岛素分泌延迟。此外，联合多元统计分析，在代谢组学中发现了217个差异代谢物，通过京都基因与基因组百科全书(KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes,KEGG)通路富集评估，共涉及10条途径，主要包括牛磺酸和低牛磺酸代谢、甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、初级胆汁酸生物合成、苯丙氨酸代谢、乙醚脂质代谢、咖啡因代谢、抗坏血酸和醛酸代谢、β-丙氨酸代谢和谷胱甘肽代谢。脂质组学中发现了144个差异代谢物，共确定了包括甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、癌症中的胆碱代谢、脂肪的消化和吸收、胰岛素抵抗和甘油酯代谢在内的多种代谢通路，部分与代谢组学分析的结果一致。其中，富集分析网络图中显示甘油磷脂酸代谢(度=11)的节点值最高，被认为是受COFs影响的主要活性化合物。 宏基因组结果表明COF7组小鼠肠道菌群的物种多样性降低，其中代表2型糖尿病(Type2DiabetesMellitus，T2DM)预测指标的厚壁菌门/拟杆菌门，埃希菌属/志贺菌属比率以及与此相关的乳酸杆菌丰度随暴露时间升高，并在14d时下降，与糖脂代谢趋势相同。进一步检查基因差异表达途径显示，COF3组在ABC转运蛋白、糖酵解/糖异生、丙酮酸代谢辅因子和维生素的代谢中表现出富集，COF7组中显著丰富，而COF14组表现出相反的效果，逆转了与这些过程相关的代谢途径。此外，参与肠道内葡萄糖转运与吸收的钠-葡萄糖转运体1(Sodium/GlucoseCotransporter1,SGLT-1)、己糖激酶(Hexokinase，HK),以及促进肠道渗透性的粘蛋白5(Mucin5AC，MUC5)和Toll样受体5(Toll-LikeReceptor5,TLR-5)基因也呈现出前7d表达上调，14d后逐渐回落的趋势。 肝脏HE染色显示COF0与COF3组小鼠肝细胞形态完善、排列有序，COF7与COF14组细胞部分排列错乱，但无显著性差异。COF3组小鼠脂肪组织HE切片可见细胞体积减小，COF7组明显减小，胞质皱缩，胞体塌陷，COF14组空泡脂滴体积部分恢复。肌肉组织腺嘌呤核苷三磷酸(AdenosineTriphosphate,ATP)酶染结果表明，与COF0组相比，COF3和COF7组1型纤维减少，2a和2b型纤维相应增加，COF14组中纤维的相对比例改变则与前期相反。与对照组相比，COF3和COF7组脂肪和肌肉组织中的葡萄糖转运蛋白4(GlucoseTransporterType4,GLUT4)易位表达逐渐降低，从而减少葡萄糖摄取，但在COF14组膜易位降低停止且略有上调。 LC-MS量化了2990种脂肪蛋白质和1021种肌肉蛋白质，结果显示两组织鉴定到蛋白质和各肽段的覆盖度分布情况高度近似，具有可比性。通过临切标准发现，与0d的对照组相比，545种脂肪蛋白质和282种肌肉蛋白质的水平在统计学上表现出显著变化。以时间序列集群构建蛋白集，富集KEGG信号通路,发现趋势性关键的生物过程，脂肪组织集群1中鞘脂类代谢、酪氨酸代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢、谷胱甘肽代谢、胰岛素分泌、胆汁分泌、糖尿病并发症中的高级糖基化终末产物-受体(AdvancedGlycationEndProducts-Receptors，AGE-RAGE)信号通路及环磷酸腺苷(CyclicAdenosineMonophosphate,cAMP)信号通路被上调，与代谢和脂质组学结果一致。另外，脂肪和肌肉中同时发现了磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(Phosphatidylinositol3-Kinase/ProteinKinaseB,PI3K-Akt）信号的一致性表达。 综上所述，本研究通过使用COFFEE进行大豆油COFs制备和吸入暴露，探索了大豆油COFs暴露对代谢系统的损伤机制，表明大豆油COFs暴露可能通过影响肠道对糖的吸收以及脂肪和肌肉对糖的转运功能引起机体糖代谢紊乱的发生。同时，PI3K-Akt信号通路的激活可能与大豆油COFs暴露导致的代谢系统损伤有关。
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