微囊藻毒素(MCs)是一類在淡水中廣泛分布的的藍藻毒素，具有很強的神經(jīng)毒性，會對大腦結構和功能產(chǎn)生不利影響，并與神經(jīng)退行性疾病有關。盡管脂質(zhì)在大腦結構和功能中發(fā)揮著重要作用，但暴露于MCs的哺乳動物的腦脂質(zhì)組譜仍未被充分探索，這阻礙了對MCs神經(jīng)毒性作用及其潛在機制的清晰理解。

2023年7月，中國科學院水生生物研究所謝平教授等團隊在Environment International（IF 11.8）上發(fā)表了題為“First insights into region-specific lipidome alterations of prefrontal cortex and hippocampus of mice exposed chronically to microcystins”的文章。該文主要結合脂質(zhì)組和基因表達譜研究了長期微囊藻毒素-LR(Microcystin-leucine?arginine,MC-LR)暴露對小鼠前額葉皮層和海馬的脂質(zhì)組景觀以及功能的影響，該研究揭示了脂質(zhì)功能障礙在MCs的神經(jīng)毒性中的作用機制。中科新生命參與了該研究中脂質(zhì)組檢測的相關工作。

?研究材料

小鼠和細胞

?技術路線

步驟1：長期暴露于低劑量MC-LR誘導小鼠空間記憶缺陷；

步驟2：組織病理學和超微結構變化；

步驟3：脂質(zhì)組學研究；

步驟4：MC-LR對前額葉皮層和海馬脂質(zhì)代謝和細胞凋亡的差異調(diào)節(jié)。

?研究結果

1. 長期暴露于低劑量MC-LR誘導小鼠空間記憶缺陷

在Morris水迷宮測試的空間獲取階段，與對照組相比，暴露于MC-LR的小鼠在第3-6天找到隱藏平臺的時間更長，但差異不顯著。各種記憶參數(shù)的OPLS-DA分析結合游泳路徑表明，暴露組的小鼠在檢索空間記憶方面表現(xiàn)明顯較差，平均游泳速度和游泳距離均顯著下降。此外，暴露組的小鼠進入目標象限的次數(shù)顯著減少，表明MC-LR暴露誘導了小鼠空間記憶缺陷。

2. 組織病理學和超微結構變化

長期暴露于MC-LR在大腦中引起劑量依賴性的病理變化。在30μg/kg劑量組中，海馬CA1區(qū)域的細胞間隙顯著增大，前額葉皮層星形膠質(zhì)增生顯著增加。兩個區(qū)域的超微結構改變，包括細胞核大小的輕微縮小，染色質(zhì)邊緣化和線粒體腫脹。在300μg/kg劑量組中，兩個區(qū)域的細胞間隙均顯著增大，前額葉皮層的細胞凋亡顯著增加，但在海馬體中沒有增加。僅在前額葉皮層中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元數(shù)量的顯著減少以及星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的增加?？傊?，300μg/kg劑量組中觀察到比30μg/kg劑量組更明顯的超微結構損傷，細胞核減小，染色質(zhì)邊緣化，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)池擴張，線粒體腫脹（圖1）。

3. ?脂質(zhì)組學研究

對MC-LR 處理180天的小鼠的前額葉皮層和海馬組織進行了非靶向脂質(zhì)組學分析，以評估MC-LR對腦脂質(zhì)組學和功能的影響，發(fā)現(xiàn)這兩個區(qū)域都有豐富的各種甘油磷脂類脂質(zhì)，包括磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂?；z氨酸（PS）和心磷脂（CL）?？傊|(zhì)組PCA分析發(fā)現(xiàn)300μg/kg劑量組和對照組在前額葉皮層區(qū)域可以區(qū)分開，其他劑量和樣本類型與對應的對照組之間沒有明顯差異。進一步的脂質(zhì)亞類分析確認了MC-LR暴露后小鼠海馬和前額葉皮層之間存在一些差異，如在暴露于30μg/kg劑量組的小鼠中，海馬組織中溶血磷脂酰甘油（LPG）類的含量顯著降低，而前額葉皮層中任何脂質(zhì)類別的含量均沒有顯著變化。在300μg/kg劑量組中，與對照組相比，海馬中PE和輔酶（CO）的含量顯著升高，而前額葉皮層中CO、磷脂酰甘油（PG）和CL的含量顯著降低。接著對單個脂質(zhì)分子進行深入分析，并使用氣泡圖進行可視化，在300μg/kg劑量組中，海馬和前額葉皮層中分別有145種和198種脂質(zhì)分子存在顯著差異，且大部分脂質(zhì)分子在海馬上含量顯著增加，而在皮層中則顯著下降（圖2）。

比較了兩個大腦區(qū)域中顯著改變的共同脂質(zhì)分子含量的變化趨勢（與對照組相比，VIP > 1和P?< 0.05）。在30μg/kg劑量組的小鼠中，只有兩種常見且變化顯著的脂質(zhì)分子PC(16:0/18:1)和PC(16:0/20:4)，且含量在兩個區(qū)域均勻增加。而在300μg/kg 劑量組的小鼠中，大多數(shù)共同脂質(zhì)分子在兩個區(qū)域之間的含量變化趨勢相反（圖3）。

4. MC-LR對前額葉皮層和海馬脂質(zhì)代謝和細胞凋亡的差異調(diào)節(jié)

為了更好地了解MC-LR如何調(diào)節(jié)前額葉皮層和海馬組織的脂質(zhì)譜并誘導不同細胞的凋亡結果，作者評估了52個參與甘油磷脂、甘油酯和鞘脂代謝的靶基因和47個參與細胞凋亡的基因的轉錄水平。

數(shù)據(jù)顯示，暴露于30或300μg/kg 劑量組的小鼠前額葉皮質(zhì)中，一些關鍵的磷脂合成酶和調(diào)節(jié)鞘脂代謝和髓鞘形成的芳基硫酸酯酶A (Arsa)顯著下調(diào)。除Pla2g4d外，在Lands’循環(huán)中催化磷脂降解的磷脂酶A1 (PLA1)和A2 (PLA2)超家族的轉錄均無顯著變化。與前額葉皮層不同，暴露于30μg/kg劑量組不會顯著影響參與磷脂合成或鞘脂代謝的基因，但顯著下調(diào)海馬中的幾個PLA2成員（Pla2g7，Pnpla8，Pla2g10和Pla2g12a）。30和300μg/kg?MC-LR暴露180天后，在海馬中大多數(shù)凋亡調(diào)控基因都顯著下調(diào)；在皮層中大多數(shù)促凋亡和抗凋亡基因表達也顯著下調(diào)，但是Bcl2家族關鍵的促凋亡基因Bak1表達顯著上調(diào)，這似乎使細胞凋亡調(diào)控失衡，導致了細胞凋亡的增加，正如TUNEL結果所示（圖4）。

?小編小結

文章系統(tǒng)評估了長期暴露于低劑量MC-LR對小鼠前額葉皮層和海馬脂質(zhì)組景觀的影響，數(shù)據(jù)揭示了顯著的腦區(qū)域特異性磷脂和鞘脂譜的變化，以及MC-LR誘導的脂質(zhì)代謝和細胞凋亡的調(diào)節(jié)。表明脂質(zhì)功能障礙在與MCs暴露相關的神經(jīng)退行性疾病的病理機制中具有重要意義。

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