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科技工作者之家 2020-09-05
来源:中国科学杂志社
香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室蔡宗苇教授团队题为“Airborne fine particulate matter induces cognitive and emotional disorders in offspring mice exposed during pregnancy”的文章在线发表于Science Bulletin。区别于传统环境毒理学的研究方法, 该研究结合质谱成像和组学技术以及分子生物学技术, 分析了妊娠期大气细颗粒物(空气动力学直径≤2.5 μm, PM2.5)对子代认知和情绪发展的影响, 为精准探索跨代际PM2.5毒性与神经退行性相关疾病的研究提供了重要信息。
PM2.5组成成分极为复杂多样, 可通过多种方式进入肺泡并产生沉积, 继而通过肺细胞渗透至血液循环系统进入全身, 甚至可穿过胎盘和胎儿血脑屏障影响子代的生长发育。流行病学研究已证实PM2.5暴露可增加神经退行性疾病的发病风险。然而, 妊娠期PM2.5暴露对子代行为、相关作用机制以及相关靶器官定位的影响尚不清楚。蔡宗苇团队结合组织形态学、质谱2D/3D成像技术和分子生物学, 选取山西太原地区冬季PM2.5标本, 参考PM2.5日均浓度和成年小鼠的呼吸量选择暴露浓度, 研究妊娠期暴露PM2.5小鼠母体-胎盘-胎儿(E18)-成年子代, 重要发现如下:
1器官损伤和行为变化
动物行为学实验结果表明, 妊娠期PM2.5暴露诱导雌性子代小鼠发生显著的认知和情绪障碍。形态学结果发现PM2.5暴露导致雌性子代小鼠海马CA1、CA3和DG微区神经元细胞数量显著减少,Nissl小体结构紊乱, 胞浆减少, 以及CA3和DG微区结构松散和萎缩。海马区组织形态学的显著变化与子代行为的改变密切相关。相对而言, 雄性子代形态学变化并不显著。2靶器官精准定位
脂质小分子在母体-胎盘-胎儿系统中发挥重要功能, 可维持脑细胞膜结构的完整性和细胞内-细胞间信号的传递, 并调控胎盘功能。以质谱为基础的2D和3D成像技术, 是一种免标记、高通量和高灵敏度的分析技术, 广泛应用于细胞、组织和人体肿瘤中生物小分子、大分子和金属离子的原位定性、定量和定位分析。该团队将质谱成像技术扩展到环境污染物毒理学研究中, 对污染物和相关的生物标志物、代谢产物进行空间分析(Chao Zhao, et.al, Environ. Int. 2020, 135: 105378; J. Hazard. Mater. 2018, 358: 503; Anal chem. 2018, 90, 3196; Chin. Chem. Lett. 2018, 29, 1281)。3性别差异相关的分子机制初探
神经炎症、趋化细胞因子、母体-胎盘-胎儿系统中关键因子的合成代谢以及PM2.5样本的复合毒性被认为是妊娠期PM2.5暴露可能导致后代行为障碍、造成性别差异的潜在因素, 分子机制十分复杂。该研究选取母体-胎盘-胎儿系统为研究对象, 对细胞炎症因子(IL-1β和IL-10)、神经递质5-羟色胺及其代谢途径和脂质重编程进行分析, 研究发现妊娠期PM2.5暴露诱导的子代性别差异是多种因子共同调控的结果: 与雄性子代相比, 雌性子代多器官产生显著地变化, 包括促炎作用上调、5-羟色胺合成减少以及甘油磷脂和鞘脂生物合成和降解的紊乱。其中, 过度释放促炎性细胞因子降低了5-羟色胺的合成(图2)。研究结果有助于了解妊娠期PM2.5暴露对后代行为以及多器官重塑的影响, 为阐明相关疾病发生的分子机制提供依据。来源:scichina1950 中国科学杂志社
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3MzQ5MzQyNA==&mid=2656806217&idx=1&sn=0e199d74bd11770e01044be678feb795&chksm=84a13b96b3d6b2809501de3e097d12e3c2ddd2be42945ae16818b0dff0299533646cab865c0a#rd
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