NN2211 IC50空气颗粒物污染与人体健康风险直industrial biotechnology接相关。空气动力学直径小于等于2.5μm的颗粒物(PM_(2.5))可以在空气中长期驻留。它们能深入人体肺部,并随血液循环到达其他靶器官,对人类健康造成巨大威胁。中枢神经系统(CNS)发育始于胎儿时期,此阶段胎儿各个器官尚未发育成熟,极易受到外界环境因素影响。流行病学研究证实,母亲孕期接触PM_(2.5)会对胎儿神经系统产生不良影响,如增加儿童患认知障碍、自闭症谱系障碍(ASD)、抑郁症和焦虑症等神经疾病的风险。然而,关于孕期PM_(2.5)暴露导致子代患CNS疾病的分子机制尚不明确,而且缺乏关键发育窗口期神经发育结局的连续性监测。为此,本课题在解析PM_(2.5)污染的区域特征基础上,建立C57BL/6小鼠孕期PM_(2.5)暴露模型(3 mg/kg b.w.),考察其对子代小鼠出生指标的影响,并进一步从功能变化、形态发育、基因表达谱改变以及线粒体功能等方面阐明PM_(2.5)诱发子代小鼠神经发育障碍的分子机制。1.不同地区的PM_(2.5)因污染来源各异而具有不同的理化特性,所以PM_(2.5)污染通常具有区域特征性,并且母亲孕期暴露于PM_(2.5)还可能导致子代出生指标改变。为此,我们首先对采样地区PM_(2.5)的理化特性进行分析。利用透射电子显微镜(TEM)及马尔文纳米粒度电位仪对PM_(2.5)形态及流体动力学直径进行检测分析,并借助电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和气相色谱-质谱(GC-MS)对PM_(2.5)样品中的元素和多环芳烃(PAHs)进行测定。结果显示,采样地PM_(2.5)样品呈现多样化形态,由煤烟聚集物、规则和不规则的矿物颗粒以及球形颗粒等组成,平均粒径大小为600.1±30.25 nm,多分散性指数(PDI)和ζ电位分别为0.785±0.044和-33.03±0.61 m V。PM_(2.5)中元素平均含量为168.985 ng/m~3,其中含量最高的四种重金属为Fe、Zn、Cu和Pb。PAHs平均含量为7.12 ng/m~3,其中排名前三为苯并(b)荧蒽(Bb FA)、荧蒽(FA)和屈(CHR)。连续3年的PM_(2.5)样品中元素和PAHs种类和百分比含量相似。接下来,我们建立了小鼠孕期PM_(2.5)暴露模型,通过考察子代小鼠出生指标来反应其潜在不良健康效应。结果显示,对照组和暴露组子代小鼠中包括胚胎期时长、同窝仔数、性别比例、睁眼时间、大脑脏体比值、体长和尾长在内的指标均无显著差异。然而,PM_(2.5)暴露组雄性子代体重在出生后(PND)1天和PND7时显著下降。以上结果提示采样地区PM_(2.5)样品具有区域特征性和稳定性,孕期PM_(2.5)暴露后的雄性子代小鼠表现出显著的低出生体重。2.大量研究表明,低出生体重与神经发育障碍存在关联。然而孕期PM_(2.5)暴露导致的雄性子代体重降低是否会诱发性别特异性神经认知结局及其潜在机制仍不清楚。在本部分研究中,利用莫里斯(Morris)水迷宫实验评估孕期PM_(2.5)暴露是否影响断乳子代认知功能。通过不同发育时期大脑组织切片和乳鼠原代神经元培养,分别观察体内和体外的神经元形态。收集雄性子代PND1、PND7和PND21大脑皮层进行m RNA测序(m RNA-seq)分析,并探讨可能的调控机制。结果显示,孕期PM_(2.5)暴露会导致断乳雄性子代神经认知缺陷,而雌性子代未受影响。性别特异性神经认知结果与出生后关键窗口期雄性子代大脑皮层神经元异常发育和m RNA表达谱改变有关。雄性子代差异表达基因(DEGs)的基因本体论(GO)富集分析表明,孕期PM_(2.5)暴露会持续扰乱参与轴突、树突和突触形态发育基因的表达水平。与此一致的是,孕期PM_(2.5)暴露显著抑制雄性子代轴突生长,并降低树突复杂性以及突触可塑性。重要的是,我们的研究还发现调控轴突、树突和突触发育相关全部枢纽基因的关键转录因子(TF)Hoxa5,在PM_(2.5)暴露后的PND1、PND7和PND21雄性子代大脑此网站皮层中显著下降。此外,PM_(2.5)的无机组分(IC)和有机组分(OC)都对神经元形态发育存在不利影响,其中OC表现出更强的抑制作用。总之,孕期PM_(2.5)暴露通过影响Hoxa5介导的神经元形态发育损害雄性子代的空间学习和记忆功能,且包含PAHs在内的OC比IC会产生更多的不利影响。3.上述研究表明,孕期PM_(2.5)暴露导致雄性子代低出生体重,且与神经发育障碍相关。然而出生后小鼠的神经发育跨越整个哺乳期,且考虑到长链非编码RNA(lnc RNA)与神经发育疾病密切相关,因此有必要对这一时期雄性子代大脑皮层的m RNA表达谱做时间序列分析,并探究lnc RNA在其中的潜在调控作用。为此,本部分研究基于上述2中雄性子代大脑皮层的m RNA-seq结果。首先,以“PM_(2.5)暴露”和“发育窗口期”为两个因素对m RNA转录谱进行双因素方差分析,结合加权基因共表达网络分析(WGCNA),推断得到出生后雄性子代最受影响的神经发育过程。GO富集和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析的结果表明,孕期PM_(2.5)暴露会显著改变雄性子代大脑中包括基质粘附依赖性细胞扩散、髓鞘形成、神经元鞘化等生物过程,以及紧密连接和轴突引导等KEGG途径。并且,孕期PM_(2.5)暴露显著改变雄性子代小鼠出生后发育过程中髓鞘相关基因的表达,且PND14和PND21雄性子代髓鞘超微结构受损,表现为视神经髓鞘厚度下降,胼胝体髓鞘出现轻度损失。此外,针对PND21大脑皮层进行lnc RNA测序(lnc RNA-seq),结果发现,断乳雄性子代lnc RNA表达谱中的差异表达lnc RNA具有调控CNS轴突、树突、突触、胶质细胞以及髓鞘和胼胝体发育的潜在功能。重要的是,lnc RNA NONMMUT058932.2和NONMMUT029203.2通过TF Ctcf调控髓鞘相关基因Fa2h、Mal、Tppp、Trf和Sh3tc2的表达,在孕期PM_(2.5)暴露诱导的髓鞘发育异常中发挥关键作用。4.上述研究证实孕期PM_(2.5)暴露导致雄性子代神经发育障碍,提示孕期PM_(2.5)暴露与神经元和髓鞘发育受损的相关性。线粒体是为CNS发育提供能量的关键细胞器,在维护神经元和髓鞘正常发育中发挥至关重要的作用,其结构与功能障碍与不良神经发育结局相关。然而孕期PM_(2.5)暴露是否会导致雄性子代线粒体功能障碍还未见报道。在本部分研究中,我们收集PND1、PND7和PND21雄性子代皮层组织考察孕期PM_(2.5)暴露与子代线粒体功能损伤的相关性。结果表明,孕期PM_(2.5)暴露可诱导出生后雄性子代大脑皮层发生线粒体功能障碍,表现为线粒体ATP产量下降、线粒体超微结构受损、三羧酸循环限速酶(CS、IDH2和FH)和线粒体复合物IV和V亚基(CO1、CO4、ATP6和ATP8)表达的显著降低,以及ROS的过量产生。鉴于线粒体功能障碍是诱发神经元和髓鞘发育异常的重要因素。因此,以上结果提示,孕期PM_(2.5)暴露引发的雄性子代大脑皮层线粒体功能障碍可能是诱导雄性子代神经发育损伤的关键原因。本论文首先基于采样地PM_(2.5)理化特性解析细颗粒物的区域污染特征,然后建立孕期PM_(2.5)暴露模型,考察PM_(2.5)暴露对子代小鼠出生结局的影响;在此基础上,基于m RNA-seq分析阐明孕期PM_(2.5)暴露诱导雄性子代认知功能障碍的分子调控机制;另外,基于时间序列的m RNA-seq分析探讨孕期PM_(2.5)暴露诱导雄性子代髓鞘发育受损与神经发育障碍之间的关联,此外,结合断乳雄性子代lnc RNA-seq分析阐明其分子机制;最后,我们证明线粒体功能障碍可能是诱发PM_(2.5)暴露组雄性子代神经发育损伤的关键原因。综上,本研究揭示了孕期PM_(2.5)暴露与雄性子代神经元发育受损及认知障碍的相关性,为区域PM_(2.5)污染控制与子代神经发育健康防护提供了实验依据。