環境相關濃度鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯對秀麗隱桿線蟲老化、肥胖、學習與記憶之毒性及調控機制探討

Abstract

鄰苯二甲酸酯類 (phthalates) 常用於各種生活用品，造成環境與食品中的污染。由於鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯 (DEHP) 常於食品、飲料、生物體及人體被檢測出，因此造成不容忽視的潛在的食品安全及健康危害。目前證據顯示暴露DEHP可能造成多種不良健康效應，包括過早衰老、肥胖以及認知能力受損等。然而目前對於DEHP透過何種生物調控機制造成上述毒性效應仍須進一步探討。 本研究的整體目標為探討暴露環境相關濃度DEHP對於老化、肥胖及記憶與學習所造成的影響及其生物調控機制，並利用模式生物秀麗隱桿線蟲 (C. elegans) 進行研究。本博士論文包含三個子目標：(1) 探討發育期間慢性暴露於DEHP對老化所造成的影響及其調控機制；(2) 探討慢性暴露DEHP誘導肥胖的效應及相關調控機制；及 (3) 探討發育期間慢性暴露於DEHP對C. elegans記憶與學習能力所造成的影響。 子目標 (1) 成果顯示，自L1時期慢性暴露於1.5 mg/L DEHP顯著造成整體健康狀態損傷，並縮短C. elegans之壽命。此外，DEHP也加劇C. elegans咽喉收縮與排泄行為隨老化過程之衰退。此外，DEHP亦造成老化相關指標如脂褐素 (lipofuscin)、脂質過氧化 (lipid peroxidation) 及氧化壓力累積增加。慢性暴露於DEHP也顯著抑制老化相關基因hsp-16.1、hsp-16.49及hsp-70之mRNA表達量。同時，本研究利用insulin/IGF-1 signaling (IIS) 相關基因 (daf-2、age-1、pdk-1、akt-1、akt-2及daf-16) 突變種C. elegans，發現IIS相關基因突變消除了DEHP所造成脂質過氧化累積增加效應，顯示IIS參與調控DEHP之毒性效應。另外，skn-1之突變則加劇DEHP所造成的脂質過氧化累積增加，顯示skn-1亦扮演關鍵角色。因此，發育期間慢性暴露於DEHP可能透過IIS及SKN-1加速C. elegans之老化，亦提供了可能的分子調控基礎。 本研究子目標 (2) 成果顯示早期生命暴露DEHP造成體內脂質及三酸甘油酯 (TG) 含量增加，且效應主要源自於DEHP而非其代謝物。此外，發育階段與暴露時機影響DEHP誘導TG累積增加之效應，且慢性暴露DEHP造成最顯著的效應。慢性暴露DEHP亦改變線蟲體內自由脂質與TG的脂肪酸組成，導致ω-6/ω-3脂肪酸比例增加。本研究發現，慢性暴露DEHP誘導TG增加的效應需脂質合成基因POD-2、FASN-1、FAT-6、FAT-7，以及SREBP同源轉錄因子SBP-1的參與。本研究亦發現慢性暴露環境相關濃度的DEHP誘導XBP-1所調控的內質網壓力，並驅動SBP-1表達增加。本研究成果顯示內質網壓力與SBP-1/SREBP調控的脂質合成可能與DEHP所誘導肥胖效應有關。 本研究子目標 (3) 成果顯示發育初期暴露DEHP抑制第0天成蟲的長期記憶能力。自L1幼蟲時期至第5天成蟲慢性暴露於DEHP，則導致長期記憶能力加速衰退。此外，本研究結果顯示DEHP對長期記憶隨老化衰退之效應與CREB同源轉錄因子CRH-1有關。將C. elegans IIS的唯一受體daf-2突變剔除後可逆轉DEHP對長期記憶能力的抑制，且此逆轉效應需daf-16的參與。同理，daf-2突變剔除後恢復原受到DEHP抑制的CRH-1表達量，且此效應需daf-16的參與。本子目標結果顯示發育初期及慢性暴露於DEHP透過CREB與IIS相關機制加速長期記憶隨老化的衰退。由於CREB與IIS皆在演化上具高度保守性，顯示DEHP亦可能對其他生物的長期記憶造成不良效應。 綜上所述，本博士論文成果顯示，於發育初期慢性暴露於環境相關濃度DEHP對線蟲造成老化相關生物指標表現下降、增加肥胖、以及惡化老化相關的學習與記憶衰退，且DEHP所造成的毒性效應與多種演化上保守的機制如IIS、SKN-1/NrF2、SBP-1/SREBP、內質網壓力及CRH-1/CREB有關。由於以上生物機制在演化上具高度保守性，表示DEHP也可能對其他物種造成相似毒性效應。此博士論文對於提供DEHP慢性毒性深入認知作出貢獻。