2024-01-24
文章题目：Dietary polystyrene nanoplastics exposure alters hepatic glycolipid metabolism, triggering inflammatory responses and apoptosis in Monopterus albus
技术手段：转录组测序、生化及酶活性测定
上海农业科学院生态环境保护研究所，周文宗团队在《Science of the Total Environment》上发表了纳米塑料喂养条件下，改变黄鳝的肝糖脂代谢，引发炎症反应和细胞凋亡的研究成果。
本研究的转录组测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
研究背景 微塑料和纳米塑料(MPs和NPs)是大量、持久和广泛存在的环境污染物，它们对生态系统和水生物种构成严重威胁，日益引起人们的关注。确定纳米塑料污染的生态效应需要了解水生生物中纳米塑料浓度变化的影响。 黄鳝（M. albu）是重要经济意义的水产养殖品种，在对黄鳝养殖环境微塑料污染的调查中发现，在黄鳝养殖过程中，混凝土池塘、网箱和稻田废水中的微塑料显著增加，但微塑料对黄鳝的毒性作用尚未确定。 以往的纳米塑料饲养暴露实验主要研究其对脂质代谢的影响。本研究将通过转录组学研究，扩大NPs对黄鳝细胞信号调节、炎症反应和氧化应激的影响，填补这一空白。
技术路线
主要研究结果 1.能量代谢产物和酶活性的变化 与对照组相比，H组GSH-Px、CAT活性和MDA浓度显著升高(P < 0.05)。各处理组SOD活性和TAOC含量无显著变化（图1）。M组和H组LPS活性极显著高于对照组(P < 0.01)， H组LZM活性极显著高于对照组(P < 0.01)， M组和H组LZM活性极显著高于对照组(P < 0.01)。M组和H组的肝脏葡萄糖代谢酶PK和PFK活性显著高于对照组(P < 0.05)， H组的GLU含量显著高于对照组(P < 0.05)(图2)。 图1：不同喂养条件下黄鳝肝脏抗氧化酶活性和消化酶的变化 图2：不同喂养条件下黄鳝肝脏糖脂代谢生化指标的变化 2.转录组测序分析 转录组差异表达基因的Venn分析显示，CK vs L组有387个特异性差异表达基因，CK vsM组有313个特异性差异表达基因，CK vs H组有1060个特异性差异表达基因(图3A)。转录组差异分析显示，M与CK相比，共鉴定到656个差异表达基因(DEG)，其中共有上调307个基因和下调349个基因;与对照相比，H组DEG有1463个，其中上调基因847个，下调基因769个;与对照相比，L组有707个DEG，包括336个上调基因和371个下调基因(图3B)。 对各比较组的差异基因进行GO和KEGG富集分析，受NPs显著影响的KEGG通路主要有：机体内PPAR信号通路、细胞色素P450对外源物的代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、谷胱甘肽代谢、细胞凋亡和细胞坏死(图3C、D、E)。 图3：各处理下转录组差异分析以及KEGG富集分析 3.qPCR验证转录组结果 本研究用qRT-PCR技术选择了转录组分析中部分差异基因结果进行验证。验证结果显示，与CK组相比，L，M和H组中基因TNF、PCK、IL8、p38和ACOX1呈上调趋势；与CK组相比，在L和M组中CPT1A表达量较高，在H组中表达量较低（图4）。 图4：qPCR验证差异表达基因
研究结论 纳米塑料通过在mRNA水平调控ACOX1、CPT1A、ANGPTL4和PCK，显著激活PPAR信号通路导致脂质代谢紊乱。高NPs摄食暴露组GSH-PX、CAT、MDA酶活性显著升高，导致应肝脏氧化应激，同时促进例如IL1B、IL8和TNF-α部分细胞因子基因表达，导致炎症反应和细胞凋亡，激活MAPK信号通路。 综上所述，饮食中暴露PS-NPs会改变黄鳝的肝糖脂代谢，引发炎症反应和细胞凋亡。本研究结果为更好地了解纳米塑料在黄鳝中的生物学命运和作用提供了有价值的生态毒理学数据。
