广工大栾天罡、李心砚团队EI：揭秘两种结构相近的三芳基有机磷阻燃剂（TPHP与TOCP）诱导巨噬细胞相反免疫调节的关键

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成果简介

广东工业大学栾天罡教授和李心砚副教授团队在 Environment International 上发表了题为“ Rap1 and mTOR signaling pathways drive opposing immunotoxic effects of structurally similar aryl-OPFRs, TPHP and TOCP ”的论文。论文第一作者为广东工业大学 2024 级博士生赵碧琳，通讯作者为广东工业大学李心砚副教授 。

芳香基有机磷阻燃剂（ aryl-OPFRs ）由于优异的阻燃和增塑性能，作为溴代阻燃剂（ PBDEs ）的替代品广泛用于家具、塑料、电子产品等行业。 TPHP 和 TOCP 作为常见的 aryl-OPFRs ，具有与 PBDEs 相似的物理化学性质，表现出长距离迁移和生物累积特性等，并在多种环境介质和人体样本中被检出。其结构与著名免疫毒物有机磷农药相似，提示其可能具备免疫毒性。研究发现， TPHP 暴露与免疫相关疾病（如干燥综合征）发病率相关，并能增加嗜酸性粒细胞数量； TOCP 抑制淋巴细胞增殖。我们的前期研究表明， TPHP 和 TOCP 对 THP-1 巨噬细胞表现出相反的免疫毒性效应： TPHP 抑制吞噬和粘附功能，表现为免疫抑制毒性；而 TOCP 诱导免疫应激反应，但其具体机制仍不明确（ Li. etal, ES&T, 2020, 54, 8900-8908 ）。免疫系统在维持自我耐受的同时，需对外界刺激作出适当反应，以保持体内稳态。然而，单一组学研究难以全面揭示其复杂的跨组学机制。此外，免疫细胞通过动态调节胞内代谢物，以满足不同功能和状态下的代谢需求，代谢物的变化又反过来影响免疫功能的调控。因此，本研究通过整合转录组和代谢组学，系统探讨 TPHP 与 TOCP 对 THP-1 巨噬细胞免疫毒性作用的机制。研究结果为理解结构差异如何导致不同免疫反应提供重要见解，并为有机磷阻燃剂的风险评估和监管策略的制定提供科学依据。

图文导读

两种结构相似的物质表现出相反的毒性效应，通常有两种可能的机制： 1) 对同一通路进行相反调控，导致不同的效应； 2) 通过干扰不同的通路，导致不同的表型。针对这两种情况，本研究采用了两种分析策略来探讨 TPHP 和 TOCP 的相反免疫毒性效应： 1 ）分析它们对共享的差异基因（ DEGs ）、差异代谢物（ DEMs ）及通路的干扰模式； 2 ）探究物质特异性干扰的通路，尤其是与免疫功能相关的部分 。

转录组结果表明，尽管二者共享 486 个 DEGs ，其上调和下调模式相似（图 1A ）。 KEGG 富集分析显示，前 15 个富集通路中 12 个为共享通路，且前五个通路完全一致（图 1B ）。 TPHP 和 TOCP 均显著干扰 DNA 合成和修复，表现为嘧啶代谢、 DNA 复制、细胞周期等通路的紊乱。此外， TPHP 和 TOCP 均破坏了 THP-1 巨噬细胞的代谢稳态，涉及萜类骨架生物合成、类固醇代谢、叶酸代谢和嘧啶代谢等通路。综上所述，转录组数据并不支持假设 1 。

图 1. TPHP 和 TOCP 引起的转录失调

基于转录组数据中 TPHP 与 TOCP 的代谢扰动潜力（图 1B ），我们进行了非靶向代谢组学分析。 TPHP 与 TOCP 共享 18 个代谢物，且变化模式相似（图 2A ）。 3′-AMP 显著增加，腺苷琥珀酸和鸟嘌呤等嘌呤核苷酸合成中间产物失调，强调核苷酸合成与 DNA 修复紊乱。此外， TPHP 和 TOCP 均显著限制 THP-1 巨噬细胞的能量储存，表现为显著降低的 ATP 水平，升高 ADP ，影响 TCA 循环底物合成（柠檬酸、 L- 谷氨酰胺等，图 2A 、 B ）。 KEGG 分析显示， TCA 循环底物合成的相关通路受损（图 2B ）。总体而言， TPHP 与 TOCP 在核酸合成和能量代谢上的双重失调一致，否定了假设 1 。

图 2. TPHP 和 TOCP 引起的代谢失调

图 3. 转录 - 代谢联合分析

图 4. Rap1 信号通路在 TPHP 诱导的免疫抑制毒性中的作用

mTOR 通过其复合物 mTORC1 和 mTORC2 调节细胞黏附和吞噬功能（图 5A ）。 TOCP 处理显著上调 mTOR 激活相关基因（ SLC3A2 、 WNT2B 、 RICTOR 等），提示 mTOR 被激活。 q-PCR 结果显示， mTOR 及其组分（ RAPTOR 、 SIN1 、 RICTOR 等）和下游分子（ S6K 、 4EBP1 、 PKC 、 RHOA ）均显著上调（图 5B-J ）。此外， S6K 、 RHOA 、 PKC 磷酸化水平升高（图 5K-M ），进一步确认 mTOR 激活。使用 mTOR 抑制剂雷帕霉素后， S6K 、 RHOA 、 PKC 磷酸化显著降低（图 5O-Q ），表明 TOCP 通过激活 mTOR 通路，促进其下游蛋白磷酸化，诱导免疫应激毒性 。

图 5. mTOR 信号通路在 TOCP 诱导的免疫应激毒性中的作用

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本研究阐明了两种结构相似的芳基类有机磷阻燃剂（ TPHP 和 TOCP ）诱导的相反免疫毒性效应的分子机制。通过单一转录组和代谢组分析，我们发现二者均严重扰乱了核苷酸合成和能量代谢，并导致 THP-1 巨噬细胞 ATP 耗竭。通过将转录组学、代谢组学与通路验证实验相结合，我们发现 TPHP 通过降低 GTP 水平抑制了 Rap1 的激活，并进一步抑制了 Rap1-PFN-ACTB 轴，进而抑制了吞噬和黏附功能。 TOCP 激活了 mTORC1 和 mTORC2 ，导致下游蛋白 S6K 、 RHOA 和 PKC 的磷酸化水平升高，增强了吞噬和黏附过程。此项研究为 TPHP 和 TOCP 引起的免疫毒性的分子机制提供了新见解，深化对结构相似化合物如何差异性影响免疫功能的理解 。

本项目得到了国家自然科学基金青年项目、面上项目以及国家重大科研仪器研制等项目的资助 。