全氟烷基物质混合暴露诱导大脑类器官神经毒性的新机制

【作者】 鲁诗雅； 朱习之； 陈琪琪； 郭新华； 岑小波； 卜迁；

【机构】 四川大学华西公共卫生学院卫生毒理与病理学系； 四川大学华西医院国家成都新药安全性评价中心；

【摘要】 目的全氟烷基物质(PFAS)是一种广泛应用的合成脂肪族化合物,因其结构稳定、难以降解,被列为持久性有机污染物。其中全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)是最具代表性的传统PFAS,全氟己磺酸盐(PFHxS)随后作为新型替代物被投入使用。前期通过流行病学分析发现PFAS长期暴露与老年人群认知功能下降相关,但毒性机制尚不清楚。本研究旨在通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)联合脂质组学探讨PFAS混合暴露的神经毒性作用及其分子机制。材料和方法利用课题组前期建立的hESC分化的大脑类器官模型,参考妊娠期母体血清中PFAS浓度及比例,将10 ng/ml PFOS、PFOA和1 ng/ml PFHxS作为低剂量组暴露浓度(1×),设置对照组及中、高剂量组(30×、900×)。从分化第35天开始,将大脑类器官暴露于PFAS混合物,第70天收集样本进行scRNA-seq分析,随后采用免疫荧光、qPCR和脂质组学分析,探索PFAS的神经毒性及在单细胞分辨率下的分子机制。结果采集了对照组和高剂量组大脑类器官各14,556和14,030个细胞,使用特异性标记基因将以上细胞标记为神经祖细胞、中间祖细胞、神经细胞、星形胶质细胞和放射状胶质细胞。其中神经元和星形胶质细胞是受PFAS暴露影响最大的细胞类型。这两种细胞的差异表达基因(DEGs)的KEGG富集分析均显著富集到"阿尔兹海默症(AD)"和"神经退行性疾病通路"。进一步分析发现,神经元的DEGs与"淀粉样蛋白结合"、"tau病理"等通路显著相关。星形胶质细胞的"脂质代谢过程"受到显著影响。进一步验证发现,暴露组Aβ沉积、Tau蛋白磷酸化增多;神经元数量、突触前后膜蛋白均随暴露浓度增加逐渐减少;PFAS混合暴露后大脑类器官内各脂质丰度均显著增加,且高剂量组的鞘脂及甘油磷脂代谢酶(SPHK1、SMPD2)的基因表达水平明显改变。结论我们发现PFAS可能通过扰乱星形胶质细胞的脂质代谢过程,影响鞘脂及甘油磷脂代谢酶,从而导致早期AD的病理特征。本研究首次揭露了PFAS对不同类型神经细胞的特异性毒性反应,发现了PFAS暴露导致神经毒性的靶细胞群,为持久性有机污染物的健康风险评估提供了新思路。更多还原