环境内分泌干扰物严重威胁生物体和人体的健康，阐明环境内分泌干扰物对动物生长发育的毒害影响及其确切的作用机制非常必要。双酚A (Bisphenol A, BPA) 和双酚S (Bisphenol S, BPS)是典型的环境内分泌干扰物，它们通过调控雌激素受体 (estrogen receptor, ER)介导的信号通路，能够对生殖系统、肝脏、乳腺产生损伤，同时与肥胖症、糖尿病以及胎儿畸形也存在关联。基因组表观遗传状态的改变是环境内分泌干扰物对生物体产生毒害效应的一个重要机制。DNA羟甲基化，即5-羟甲基胞嘧啶 (5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)，是由TET (ten-eleven translocation) 酶介导的、催化氧化DNA 5-甲基胞嘧啶 (5-methylcytosine, 5mC) 而形成的，在胚胎发育、大脑功能以及癌症发生等方面发挥着重要作用。最近的报道指出BPA和BPS可引起小鼠血细胞DNA羟甲基化水平的改变。但是，尚不清楚它们是否改变乳腺细胞的DNA羟甲基化，以及产生的表型与作用机制如何？
针对以上问题，汪海林研究组综合利用多种化学、生物学与毒理学技术，深入研究了ER受体与TET蛋白以及5hmC之间的相互作用关系，以及它们在双酚类内分泌干扰物诱导的乳腺癌细胞增殖中的作用。结果表明，BPA和BPS能够显著促进人乳腺癌细胞MCF-7的增殖并降低基因组DNA 5hmC的水平。在这个过程中ER alpha起着关键的调控作用。同时，研究发现，作为催化DNA 5mC氧化的关键酶之一， TET2蛋白在这个过程中也起着重要作用，可抑制细胞增殖，并且TET2的表达受ER alpha受体的负调控。进一步的机制研究发现，ER alpha通过上调DNA甲基转移酶 (DNA methyltransferase，DNMT) 的表达，以及DNA甲基转移酶作用于TET2基因启动子区域，提高其甲基化水平进而抑制了TET2基因的转录和表达。
基于以上结果，汪海林研究组提出了一条双酚类内分泌干扰物引起乳腺癌细胞增殖的表观遗传负反馈调控信号转导通路（见下图）：即ERa-DNMT-TET2通路。在正常生长条件下，TET2/DNA羟甲基化抑制乳腺癌细胞的过度增殖。当细胞暴露于BPA或BPS后，与ER alpha受体结合并促使ER二聚体的形成，经磷酸化激活后的ER二聚体转位入核，与DNMT基因启动子区域结合促进DNMT基因的转录表达，转录翻译后的DNMT蛋白结合到TET2基因启动子区域提高了其CpG岛的甲基化水平，抑制了TET2基因的转录和表达，进而降低了基因组5hmC水平，最终促进了乳腺癌细胞的增殖。这项研究首次建立了环境污染物-TET2-DNA羟甲基化-细胞增殖之间的关联。
该研究结果以期用来进一步深入了解双酚类环境内分泌干扰物的毒害效应及机制，为污染物毒理致病效应的早期检测、预测和治疗提供新的生物标记；而且，考虑到表观遗传变化的可逆性，也为制订疾病有效的防治策略和用药方案提供理论支持。
本研究得到了国家自然科学基金，科技部重点研发项目、中科院前沿项目等的资助。博士后李哲为论文第一作者，现在山东省科学院工作。
论文链接：https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/EHP5862
ER alpha通过上调DNMT介导的TET2启动子甲基化促进BPA/BPS诱导的细胞增殖
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2020年3月2日
