塑料微粒，特別是聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs），因其在環(huán)境中的普遍存在和難以降解的特性，成為了全球性的環(huán)境問題。這些微小的顆粒不僅影響海洋生態(tài)系統(tǒng)，也可能通過食物鏈進(jìn)入人體，對我們的健康構(gòu)成威脅。這就是“暴露組學(xué)”。

2024年3月15日，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院孫鴻儒團(tuán)隊在期刊Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)（IF=8.9）上發(fā)表了題為“The adverse effects of developmental exposure to polystyrene nanoparticles on cognitive function in weaning rats and the protective role of trihydroxy phenolacetone”的研究論文，該研究表明PS-NPs對斷奶大鼠認(rèn)知功能發(fā)育期暴露的不良影響，并通過LiP-SMap技術(shù)發(fā)現(xiàn)了3-羥基苯乙酮（THP）直接與關(guān)鍵蛋白Mapk3結(jié)合，從而減輕PS-NPs對神經(jīng)細(xì)胞的損害。為我們提供了關(guān)于微塑料對健康影響的新見解，也為未來開發(fā)新的治療策略提供了可能的方向。

【文章標(biāo)題】The adverse effects of developmental exposure to polystyrene nanoparticles on cognitive function in weaning rats and the protective role of trihydroxy phenolacetone

【發(fā)表期刊】Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)

【影響因子】8.9

【發(fā)表時間】2024年3月15日

【發(fā)表單位】哈爾濱醫(yī)科大學(xué)

研究策略

結(jié)果速遞

一、生理影響：PS-NPs暴露影響大鼠的生長發(fā)育，還導(dǎo)致大腦結(jié)構(gòu)的改變

斷奶大鼠分別持續(xù)飲用0、50和100 μg/L PS-NPs水溶液4周后，觀察到100 μg/L組出現(xiàn)大腦和肝臟器官系數(shù)下降，海馬神經(jīng)元出現(xiàn)形態(tài)學(xué)變化，電子顯微鏡顯示PS-NPs可能影響能量代謝和物質(zhì)運(yùn)輸，這表明PS-NPs可能對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。

PS-NPs暴露對大鼠發(fā)育的影響

二、基因變化：PS-NPs暴露引發(fā)大鼠大腦基因表達(dá)變化與神經(jīng)功能及細(xì)胞死亡相關(guān)

作者通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，PS-NPs暴露引起了神經(jīng)相關(guān)基因和凋亡信號通路的變化，包括凋亡相關(guān)基因（如Bax、p53、Bcl-2）和炎癥因子（如TNF-α、IL-6、NF-κB）的上調(diào)。這暗示PS-NPs可能通過調(diào)節(jié)基因表達(dá)誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，從而影響認(rèn)知功能。GO和KEGG富集分析進(jìn)一步支持了這一結(jié)論，為理解PS-NPs對神經(jīng)系統(tǒng)的毒性提供了證據(jù)，并為未來治療提供了線索。

PS NPs暴露對細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的影響

三、染色質(zhì)重塑：PS-NPs暴露可能通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，影響基因的表達(dá)和調(diào)控

作者使用ATAC技術(shù)發(fā)現(xiàn)，PS-NPs暴露導(dǎo)致大鼠海馬區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重塑，形成了大量差異可及區(qū)域（DARs），與神經(jīng)系統(tǒng)功能、細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和凋亡相關(guān)。此外，PS-NPs暴露還與組蛋白去乙?；福℉dac）和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）的表達(dá)變化相關(guān)。這些結(jié)果表明，PS-NPs可能通過影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)來影響神經(jīng)系統(tǒng)和認(rèn)知功能，強(qiáng)調(diào)了表觀遺傳調(diào)控在環(huán)境污染物研究中的重要性。

PS NPs暴露驅(qū)動染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變

四、Mapk3通路：PS-NPs暴露對Mapk3信號通路的影響

由于Mapk信號通路與細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，研究者進(jìn)一步探索了PS-NPs對大鼠海馬區(qū)Mapk3信號通路的影響。結(jié)果顯示，PS-NPs暴露增加了Mapk3和p-Mapk3蛋白的表達(dá)水平，可能激活了該通路，從而影響神經(jīng)細(xì)胞功能。此外，與Mapk3信號通路相關(guān)的其他蛋白，如NF-κB和AMPK，也發(fā)生了變化。這些發(fā)現(xiàn)揭示了PS-NPs可能通過調(diào)節(jié)Mapk3信號通路來影響神經(jīng)細(xì)胞功能，為研究微塑料對神經(jīng)系統(tǒng)毒性提供了新的證據(jù)。

PS-NPs暴露對Mapk3信號通路的影響

五、CMap數(shù)據(jù)庫：鑒定THP作為潛在治療分子

研究者利用CMap數(shù)據(jù)庫篩選出對抗聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs）引起的神經(jīng)毒性的潛在治療分子。通過比較PS-NPs處理和未處理細(xì)胞的基因表達(dá)譜，他們發(fā)現(xiàn)了能夠模擬或逆轉(zhuǎn)PS-NPs效應(yīng)的化合物。其中，三羥基苯乙酮（THP）因其在數(shù)據(jù)庫中的高富集分?jǐn)?shù)和商業(yè)樣本的可得性而被選中進(jìn)行進(jìn)一步研究。實驗證實，THP顯著降低了PS-NPs引起的細(xì)胞凋亡，并通過調(diào)節(jié)與凋亡相關(guān)的基因表達(dá)來實現(xiàn)這一效果。這些結(jié)果表明THP可能具有神經(jīng)保護(hù)作用，并可能通過調(diào)節(jié)Mapk3信號通路發(fā)揮作用。

六、利用LiP-SMap和分子對接技術(shù)鑒定THP的潛在靶標(biāo)

研究者利用LiP-SMap和分子對接技術(shù)確定了3-羥基苯乙酮（THP）的潛在作用靶點(diǎn)。LiP-SMap篩選出THP可能直接作用的蛋白質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)24個蛋白與Mapk3有相互作用。分子對接技術(shù)預(yù)測了THP與Mapk3蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，顯示THP與Mapk3蛋白特定氨基酸殘基形成氫鍵和其他非共價相互作用。這些結(jié)果揭示了THP可能通過直接作用于Mapk3蛋白來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，為治療環(huán)境污染物引起的神經(jīng)損傷提供了重要線索。

利用LiP-SMap和分子對接鑒定潛在的THP靶點(diǎn)

研究結(jié)論

該研究通過運(yùn)用LiP-SMap技術(shù)和分子對接分析，精確地揭示了3-羥基苯乙酮（THP）與Mapk3的相互作用機(jī)制。LiP-SMap技術(shù)篩選并鑒定了THP可能直接作用的蛋白質(zhì)，而分子對接技術(shù)進(jìn)一步預(yù)測了THP與Mapk3蛋白結(jié)合的具體位點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)表明THP能夠通過與Mapk3蛋白的關(guān)鍵氨基酸殘基形成氫鍵等非共價相互作用，直接調(diào)節(jié)其活性，為開發(fā)針對由環(huán)境污染物引起的神經(jīng)系統(tǒng)損傷的新型治療策略提供了重要的分子靶點(diǎn)和理論基礎(chǔ)。

青蓮百奧LiP-MS解決方案

作為國內(nèi)推廣限制性酶解-質(zhì)譜分析（LiP-MS）技術(shù)的先驅(qū)，青蓮百奧致力于提供全面的“一站式”LiP-MS服務(wù)。利用尖端的全流程高精密儀器和先進(jìn)的生物信息分析流程，青蓮百奧確保了LiP-MS分析的高精度、高重復(fù)性和高準(zhǔn)確性。該技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了藥物靶點(diǎn)篩選的效率，并為生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供了堅實的基礎(chǔ)。通過這一技術(shù)，研究人員能夠更快速地識別和驗證潛在的藥物作用機(jī)制和疾病相關(guān)標(biāo)志物，從而推動精準(zhǔn)醫(yī)療和個性化治療策略的發(fā)展。