《Environmental Pollution》：Environmental Exposure to Bisphenol S Suppresses White Adipocyte Beiging and Energy Expenditure via CYP2E1 in Mice
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双酚S抑制白色脂肪细胞褐变通过靶向CYP2E1并稳定其蛋白表达，导致能量消耗减少和代谢紊乱。
刘琪|邵远城|薛家明|江一成|陈帅|王东梅|周燕|赵杰|高伟|唐黎明
南京医科大学附属常州市第二人民医院胃肠外科，南京医科大学第三附属医院，常州市医疗中心，中国江苏省常州市213000
摘要
双酚S（BPS）是双酚A（BPA）的常用替代品，已被认为与代谢紊乱和肥胖有关，但其对脂肪组织产热的影响仍不清楚。本研究结合网络毒理学预测和实验验证，探讨了BPS在脂肪组织产热中的潜在机制。在体外实验中，BPS显著抑制了C3H/10T1/2细胞向棕色脂肪细胞的转化，降低了产热标志物解偶联蛋白1（UCP1）和过氧化物酶体增殖激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α）的表达。在体内实验中，C57BL/6J小鼠暴露于BPS后，产热能力下降，脂肪细胞发生肥大，耐寒性降低。分子对接分析显示BPS与细胞色素P450家族2亚家族E成员（CYP2E1）具有很强的结合亲和力，结合自由能为-7.5 kcal/mol。后续的体外功能实验证实BPS稳定了CYP2E1蛋白水平并延长了其半衰期。关键的是，CYP2E1基因敲除显著减弱了BPS诱导的脂肪细胞棕色化现象，表明CYP2E1是这一过程的关键介质。这些发现表明BPS通过靶向CYP2E1并干扰其蛋白降解来抑制白色脂肪组织的棕色化，从而抑制能量消耗。总体而言，该研究揭示了BPS诱导的代谢功能障碍的机制，并强调了重新评估BPS作为BPA替代品的安全性的必要性，提示CYP2E1可能是对抗环境致肥因素的潜在治疗靶点。
引言
大量证据表明，环境内分泌干扰物会破坏代谢稳态并导致与肥胖相关的代谢失调（Mustieles等人，2020年）。作为BPA的结构类似物，BPS在BPA禁用后被广泛用于食品容器和热敏材料中，其主要暴露途径是饮食摄入（Li等人，2025年）。一项涉及4,314名成年人的研究表明，BPS暴露与肥胖呈正相关，这种关联存在性别和人群差异（Choi等人，2022年）。流行病学数据进一步支持尿液中BPS水平与脂肪指标之间的剂量依赖性关联（Choi等人，2022年）。此外，研究还表明，妊娠期间接触BPS会改变肠道微生物群组成和脂肪组织的表观遗传调控模式，从而增加后代患饮食诱导肥胖的风险（Zhang等人，2024年）。
鉴于脂肪组织在全身能量平衡中的关键作用，了解BPS如何影响不同类型的脂肪细胞对于阐明其对代谢健康的影响至关重要。脂肪组织由三种功能不同的细胞类型组成：专门用于储存能量的白色脂肪细胞、能够通过多种机制（包括线粒体解偶联和底物循环）产热的棕色脂肪细胞，以及在刺激下可获得产热特性的棕色脂肪细胞（Chand等人，2024年；Das等人，2024年）。产热脂肪组织包含棕色和棕色脂肪细胞，由于其增强能量消耗的能力，在代谢性疾病治疗中具有显著潜力（Liu和Chen，2024年）。重要的是，成人中棕色脂肪细胞的诱导性使其成为更现实和可行的治疗靶点（Wang等人，2025年；Yildiz等人，2025年）。
棕色化是指在特定刺激下，白色脂肪细胞或专门的前体细胞被激活并转化为具有产热活性的棕色脂肪细胞的过程（Shamsi等人，2021年）。这种生理适应显著增强了能量消耗，从而对抗肥胖及相关代谢紊乱（Brestoff等人，2021年）。研究表明，棕色脂肪细胞的激活具有多种代谢益处，包括改善葡萄糖稳态、抑制炎症反应以及分泌调节代谢的脂肪因子（Sakers等人，2022年）。肥胖状态下棕色化功能受损会导致异位脂质积累、慢性低度炎症和胰岛素敏感性降低，最终引发代谢疾病（Koenen等人，2021年）。目前的治疗方法主要集中在调节参与这一过程的关键信号通路和微生物群衍生的代谢物（Cani和Van Hul，2024年；Reverte-Salisa等人，2024年；Shen等人，2022年）。脂肪细胞棕色化的关键标志物包括产热效应因子UCP1（介导线粒体解偶联）、转录共激活因子PGC-1α（调节线粒体生物发生和UCP1表达）、线粒体功能蛋白细胞死亡诱导因子DFFA样效应物a（CIDEA）和2型碘甲状腺原氨酸脱碘酶（DIO2）（促进三碘甲状腺原氨酸的产生），以及命运决定因子PR结构域包含蛋白16（PRDM16），这些因子共同协调线粒体活动和能量消耗，是评估棕色化能力的核心指标（Kury?owicz和Puzianowska-Ku?nicka，2020年；Pestel等人，2023年；Singh等人，2021年）。现有证据表明，EDC会损害白色脂肪组织的棕色化能力并促进肥胖，但BPS发挥这些作用的具体机制尚不清楚（Chen等人，2023年）。
细胞色素P450酶CYP2E1因其在外源性物质代谢中的作用而闻名，它通过调节过氧化物酶体增殖激活受体α（PPARα）信号通路和内源性脂质介质的催化作用来调节代谢稳态（Zhang等人，2022b）。机制研究表明，CYP2E1缺乏会通过促进肝脏酰基肉碱的产生来增强产热和β-氧化，而CYP2E1抑制剂双硫仑具有类似的抗肥胖效果，这突显了CYP2E1在代谢性疾病治疗中的潜力（Zhang等人，2022c）。当前的研究表明，BPA暴露会显著上调人类肝类器官和大鼠肝组织中的CYP2E1表达，这与氧化应激增加和脂质代谢紊乱密切相关（Cheng等人，2023年；Shi等人，2021年）。然而，尽管BPS被广泛用作BPA的主要结构类似物，但其对CYP2E1表达的调控作用及其潜在的分子机制尚未得到系统研究。
在本研究中，我们测试了BPS抑制脂肪细胞棕色化的假设。实验结果表明，BPS在体外和体内模型中均抑制了棕色脂肪细胞的产热作用。网络毒理学分析预测了BPS-CYP2E1-棕色化调控网络中的潜在相互作用，并通过CYP2E1基因敲除实验进行了验证。这些发现揭示了环境化学物质暴露与脂肪组织功能障碍之间的新机制联系，突出了CYP2E1作为介导BPS诱导的代谢毒性的潜在治疗靶点。
动物和细胞模型
根据Liang等人（2023年）建立的体内给药方案，8-12周大的雄性C57BL/6J小鼠每天通过口服给予5 mg/kg体重的双酚S（BPS），连续21天。从第22天开始评估产热脂肪组织的活性和耐寒性，部分小鼠接受CL316243诱导的棕色化处理或寒冷暴露（4-8°C）。收集腹股沟白色脂肪组织（iWAT）和肩胛间棕色脂肪组织（BAT）进行H&E染色和UCP1检测
BPS显著抑制脂肪细胞棕色化
为了研究BPS对白色脂肪组织棕色化的影响，我们进行了一系列体外实验。使用成熟的两阶段方案诱导C3H/10T1/2小鼠胚胎成纤维细胞分化为棕色脂肪细胞：第一阶段（第0-2天）和第二阶段（第2-10天），包括使用罗格列酮、3,3’,5-三碘-L-甲状腺原氨酸（T3）、3-异丁基-1-甲基黄嘌呤（IBMX）和其他脂肪生成因子进行处理。
讨论
由于越来越多的证据表明BPA具有内分泌干扰性和致肥作用，自2012年起，食品包装和婴儿产品中开始限制使用BPA（Alharbi等人，2022年）。这导致了BPS替代品的广泛采用，尽管新兴研究表明BPS可能具有类似的内分泌干扰潜力，引发了对其代谢影响的担忧（Beausoleil等人，2022年）。BPS被广泛用于热敏材料中
结论
本研究提供了证据，表明BPS通过靶向CYP2E1显著抑制白色脂肪细胞的棕色化和产热功能，从而损害能量消耗并促进代谢紊乱。通过整合网络毒理学和实验验证，我们确定CYP2E1是BPS诱导的棕色脂肪细胞形成抑制的关键介质，这一点通过细胞和动物模型中产热标志物（UCP1、PGC-1α、PRDM16）表达降低得到证实。
作者贡献声明
唐黎明：写作 – 审稿与编辑，监督，资源获取。高伟：写作 – 审稿与编辑，监督，概念构思。赵杰：监督。陈帅：数据可视化。江一成：数据可视化。周燕：资源提供。王东梅：数据可视化。刘琪：写作 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据整理。薛家明：监督，概念构思。邵远城：初稿撰写，数据可视化
伦理批准和参与同意
本研究中的所有动物实验均严格遵循南京医科大学动物护理和使用委员会（IACUC）批准的《实验室动物护理和使用指南》（批准号IACUC-2504035）。动物被饲养在无特定病原体的屏障设施中，处于严格控制的环境条件下。
数据和材料的可用性
本研究使用和分析的数据集可向相应作者索取。资助
本研究得到了国家自然科学基金（82473051、82500707）、江苏省自然科学基金（BK20241775）、常州市科技计划（2022CZLJ017、LC20242022CZLJ017、QY202306、LCQYBS202309）以及南京医科大学常州市医疗中心计划（CMC2024PY01、CZKY102RC202301、CMC2024PY06）的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
