《Environmental Pollution》：Binding Activities of Bisphenol Analogues toward TTR and TBG and Their Potential to Disrupt Thyroid Hormone Homeostasis
编辑推荐：
本研究系统评估了21种结构多样的双酚类化合物（BPs）与甲状腺激素转运蛋白TTR和TBG的结合特性，发现TTR结合受桥接基团刚性、卤素取代模式及羟基数目影响，而TBG结合更依赖分子极性和体积互补性。通过QIVIVE模型量化预测发现，多数BPs的环境暴露水平对血清游离T4影响可忽略，混合效应近似加和。ToxPi整合分析表明高卤素取代化合物在职业暴露场景中风险显著。研究构建了连接分子结合特性与体内激素扰动的多层级框架，为评估甲状腺激素干扰风险及开发更安全替代品提供依据。
任晓敏|刘新欣|马宇伟|张晓琪|何欢|徐志祥|杨桂|黄斌|潘学军
昆明理工大学环境科学与工程学院，中国昆明650500
摘要
双酚类化合物（BPs）是广泛使用的工业化学品，人们对其可能干扰甲状腺激素（TH）系统表示担忧。本研究系统评估了21种结构不同的BPs与转甲状腺素蛋白（TTR）和甲状腺素结合球蛋白（TBG）的结合特性和干扰潜力。荧光偏振测定表明，TTR的结合主要受桥接基团刚性、卤素取代和羟基数量的影响，而TBG的亲和力则更依赖于分子极性和空间体积。分子对接实验进一步证实了卤素取代和结构互补性在稳定配体-蛋白质相互作用中的作用。定量体外到体内外推（QIVIVE）模型预测，大多数BPs在环境相关暴露水平下对血清游离T4的影响可以忽略不计，且多种BPs的混合效应大致呈叠加性。毒理学优先指数（ToxPi）分析表明，高卤素含量的化合物在职业高暴露情况下具有更大的潜在风险。总体而言，本研究建立了一个多层次框架，将分子结合特性与体内激素紊乱联系起来，为评估TH干扰风险和寻找更安全的BPs替代品提供了科学依据。
引言
甲状腺激素（THs），包括甲状腺素（T4）及其生物活性代谢物三碘甲状腺原氨酸（T3），在调节能量代谢、神经发育、心血管功能和生殖过程中起着重要作用[1]、[2]、[3]、[4]。它们的合成和分泌受到下丘脑-垂体-甲状腺（HPT）轴的严格控制，因此循环中的TH浓度维持在狭窄的生理范围内[5]。在血液中，超过99%的TH与转运蛋白结合，其中甲状腺素结合球蛋白（TBG）携带约75%的TH，转甲状腺素蛋白（TTR）携带15-20%，其余部分与人类血清白蛋白结合[6]。TBG是循环中的主要TH载体，而TTR不仅有助于维持全身激素稳态，还促进胎盘和血脑屏障中的母体-胎儿及外周-中枢激素运输[7]、[8]。因此，TTR和TBG被认为是调节TH稳态的关键节点，也是外源性内分泌干扰物的关键分子靶点。许多环境污染物，如羟基化多氯联苯（OH-PCBs）、羟基化多溴联苯醚（OH-PBDEs）和全氟烷基物质（PFASs），已被证明能竞争性结合TTR/TBG，改变循环中的T4水平并引起生理紊乱[9]、[10]、[11]。
双酚类化合物（BPs）是广泛应用于生产聚碳酸酯塑料、环氧树脂和热敏纸的工业化学品[12]、[13]、[14]。其中，双酚A（BPA）是研究最广泛的品种，其干扰甲状腺的功能已得到多条证据的支持。流行病学研究将BPA暴露与母亲和脐带血中T3、T4及促甲状腺激素（TSH）水平的变化联系起来[15]、[16]、[17]。动物实验表明，BPA暴露会降低T3/T4浓度并干扰HPT轴相关基因的表达[18]。机制研究进一步表明，BPA会竞争性结合TTR和TBG，取代T4从而干扰激素运输和稳态[19]、[20]。除了BPA外，其他双酚类化合物如双酚S（BPS）和双酚F（BPF），以及卤化阻燃剂如四溴双酚A（TBBPA）和四溴双酚S（TBBPS），也被认为具有干扰甲状腺的作用[21]、[22]。流行病学证据显示，BPS暴露与孕妇和新生儿T3/T4水平降低有关[14]、[23]、[24]。动物实验报告称，BPF、BPS和TBBPA暴露会导致T3/T4水平下降及甲状腺相关基因的失调[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。分子分析证实，BPF、BPS、双酚AF（BPAF）、TBBPA和四氯双酚A（TCBPA）可以与T4竞争结合TTR和TBG，在某些情况下其亲和力甚至超过BPA[11]、[31]、[32]。这些发现表明，具有不同结构特征的双酚类化合物可能通过干扰T3/T4的运输来扰乱TH稳态[14]、[23]、[24]。
尽管有大量证据，但仍有一些关键科学问题尚未解决。一个主要挑战是将体外结合数据外推到体内激素反应。黄等人提出了一种定量体外到体内外推（QIVIVE）模型，该模型结合TTR/TBG结合参数与人类暴露水平来预测血清游离T3/T4的变化，为风险评估提供了一种新的定量方法。然而，他们的分析仅限于少数几种BPs化合物。鉴于BPs的结构多样性，卤素取代模式、桥接基团类型、羟基数量和取代基位置对蛋白质结合亲和力的影响机制仍不明确，且缺乏系统的结构-活性关系研究。此外，大多数现有研究仅关注单一化合物的暴露情况，而现实世界中通常涉及多种BPs的同时暴露，其累积风险尚未得到充分量化。
为了解决这些不足，本研究调查了21种结构不同的BPs，以阐明其结合TTR和TBG的结构决定因素，并使用QIVIVE和毒理学优先指数（ToxPi）方法对其干扰TH的潜力进行定量评估。首先，通过荧光偏振测定测量了所有化合物与人类TTR和TBG的结合亲和力，并根据其化学结构分析了桥接基团刚性、卤素取代模式、羟基数量和磺酰基取代的影响。随后，利用QIVIVE模型将实验确定的参数与人类暴露数据结合起来，预测它们对血清游离T4的潜在影响。最后，整合了结合亲和力、暴露水平、物理化学性质（logD7.4）和生物浓缩因子（BCFs）等多个指标，构建了一个基于ToxPi的风险优先框架。总体而言，本研究旨在阐明BPs的结构-活性关系，并建立一个将分子相互作用与全身激素反应联系起来的定量外推框架，为混合物暴露情况下的风险评估提供科学支持，并有助于寻找更安全的BPs替代品。
化学物质和试剂
人类转甲状腺素蛋白（TTR）购自Merck Millipore，人类甲状腺素结合球蛋白（TBG）购自R&D Systems。L-甲状腺素（T4）购自Sigma-Aldrich。荧光探针F-T4按照先前报道的程序制备[33]。双酚C（BPC）、四溴双酚S（TBBPS）、双酚B（BPB）、双酚M（BPM）、双酚P（BPP）、四溴双酚A（TBBPA）和四氯双酚A（TCBPA）购自北京迈瑞达科技有限公司
双酚类化合物与TTR和TBG的结合亲和力
我们测量了21种BPs（包括BPA）与TTR和TBG的结合亲和力（表S3；图3A），并比较了它们的解离常数（Kd）和相对于BPA的相对结合能力（RBP_TTR, RBP_TBG）。在21种化合物中，有16种对TTR表现出可检测的结合能力，Kd值范围为1.2至354.0 μM。BPA、BPF、BPAF、BPE、BPS、TBBPA、TBBPA-MAE、TBBPA-MGE、TBBPA-MDBPE和TCBPA的亲和力与先前的研究结果一致[11]、[14]、[19]、[20]、[31]、[36]、[37]
讨论
作为典型的内分泌干扰化学物质，BPs可以通过多种途径干扰甲状腺激素（TH）的稳态，包括干扰激素的合成、运输和受体介导的信号传导。在循环中，TH的稳态主要由TTR和TBG维持，这两种蛋白都是环境化学物质干扰的关键靶点。尽管许多研究表明多种BPs可以结合TTR和TBG，但系统性的比较和多层次分析仍需进一步研究
结论
本研究系统评估了21种结构不同的双酚类化合物与TTR和TBG的结合特性，揭示了明确的结构-活性关系。桥接基团的刚性、卤素取代以及酚羟基的存在显著增强了TTR的亲和力，而TBG的结合则更依赖于分子的极性和空间兼容性。分子对接实验进一步通过展示配体-蛋白质相互作用的构象基础支持了这些趋势。
CRediT作者贡献声明
马宇伟：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。刘新欣：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析。任晓敏：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、项目管理、方法学。潘学军：撰写——审稿与编辑、监督、方法学。黄斌：方法学。杨桂：方法学。徐志祥：方法学。何欢：方法学。张晓琪：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号22476075、22176076、22276082）、云南省重大科技项目（项目编号202302AG050001）、昆明理工大学和云南省第一人民医院联合医学研究专项项目（项目编号KUST-KH2022006Y）的财政支持。
