2024-01-24
文章題目：Dietary polystyrene nanoplastics exposure alters hepatic glycolipid metabolism, triggering inflammatory responses and apoptosis in Monopterus albus
技術手段：轉錄組測序、生化及酶活性測定
上海農業科學院生態環境保護研究所，周文宗團隊在《Science of the Total Environment》上發表了納米塑料喂養條件下，改變黃鱔的肝糖脂代謝，引發炎癥反應和細胞凋亡的研究成果。
本研究的轉錄組測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
研究背景 微塑料和納米塑料(MPs和NPs)是大量、持久和廣泛存在的環境污染物，它們對生態系統和水生物種構成嚴重威脅，日益引起人們的關注。確定納米塑料污染的生態效應需要了解水生生物中納米塑料濃度變化的影響。 黃鱔（M. albu）是重要經濟意義的水產養殖品種，在對黃鱔養殖環境微塑料污染的調查中發現，在黃鱔養殖過程中，混凝土池塘、網箱和稻田廢水中的微塑料顯著增加，但微塑料對黃鱔的毒性作用尚未確定。 以往的納米塑料飼養暴露實驗主要研究其對脂質代謝的影響。本研究將通過轉錄組學研究，擴大NPs對黃鱔細胞信號調節、炎癥反應和氧化應激的影響，填補這一空白。
技術路線
主要研究結果 1.能量代謝產物和酶活性的變化 與對照組相比，H組GSH-Px、CAT活性和MDA濃度顯著升高(P < 0.05)。各處理組SOD活性和TAOC含量無顯著變化（圖1）。M組和H組LPS活性極顯著高于對照組(P < 0.01)， H組LZM活性極顯著高于對照組(P < 0.01)， M組和H組LZM活性極顯著高于對照組(P < 0.01)。M組和H組的肝臟葡萄糖代謝酶PK和PFK活性顯著高于對照組(P < 0.05)， H組的GLU含量顯著高于對照組(P < 0.05)(圖2)。 圖1：不同喂養條件下黃鱔肝臟抗氧化酶活性和消化酶的變化 圖2：不同喂養條件下黃鱔肝臟糖脂代謝生化指標的變化 2.轉錄組測序分析 轉錄組差異表達基因的Venn分析顯示，CK vs L組有387個特異性差異表達基因，CK vsM組有313個特異性差異表達基因，CK vs H組有1060個特異性差異表達基因(圖3A)。轉錄組差異分析顯示，M與CK相比，共鑒定到656個差異表達基因(DEG)，其中共有上調307個基因和下調349個基因;與對照相比，H組DEG有1463個，其中上調基因847個，下調基因769個;與對照相比，L組有707個DEG，包括336個上調基因和371個下調基因(圖3B)。 對各比較組的差異基因進行GO和KEGG富集分析，受NPs顯著影響的KEGG通路主要有：機體內PPAR信號通路、細胞色素P450對外源物的代謝、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、谷胱甘肽代謝、細胞凋亡和細胞壞死(圖3C、D、E)。 圖3：各處理下轉錄組差異分析以及KEGG富集分析 3.qPCR驗證轉錄組結果 本研究用qRT-PCR技術選擇了轉錄組分析中部分差異基因結果進行驗證。驗證結果顯示，與CK組相比，L，M和H組中基因TNF、PCK、IL8、p38和ACOX1呈上調趨勢；與CK組相比，在L和M組中CPT1A表達量較高，在H組中表達量較低（圖4）。 圖4：qPCR驗證差異表達基因
研究結論 納米塑料通過在mRNA水平調控ACOX1、CPT1A、ANGPTL4和PCK，顯著激活PPAR信號通路導致脂質代謝紊亂。高NPs攝食暴露組GSH-PX、CAT、MDA酶活性顯著升高，導致應肝臟氧化應激，同時促進例如IL1B、IL8和TNF-α部分細胞因子基因表達，導致炎癥反應和細胞凋亡，激活MAPK信號通路。 綜上所述，飲食中暴露PS-NPs會改變黃鱔的肝糖脂代謝，引發炎癥反應和細胞凋亡。本研究結果為更好地了解納米塑料在黃鱔中的生物學命運和作用提供了有價值的生態毒理學數據。
