大气污染物复合暴露后血浆microRNA芯片分析

随着miRNAs在循环系统中被检测出来,血浆miRNAs可以作为临床疾病早期诊断的生物标记物.为了探究交通和煤炭工业源大气污染可能对中枢神经系统产生的不良影响,本研究通过建立小鼠SO_2、NO_2及PM_(2.5)复合染毒模型,利用miRNAs芯片技术发现复合暴露后小鼠血浆中发生明显变化的miRNAs,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法验证芯片结果,使用miRanda、miRDB、miRWalk及Targetscan软件对发生明显改变的miRNAs进行靶基因预测,分析靶基因富集的基因功能(Gene ontology,GO)和信号通路(Pathway).结果提示,SO_2、NO_2及PM_(2.5)复合染毒可诱导小鼠血浆miRNA表达谱发生明显改变,低浓度暴露组与对照组相比共有19个miRNAs上调,7个miRNAs下调,高浓度组有64个上调,8个下调(变化倍数大于2),选择在两个浓度处理组中变化倍数均为最大的miR-144-3p及miR-122-5p用于生物信息学分析.qRT-PCR结果表明,miR-144-3p及miR-122-5p变化趋势与芯片一致.生物信息学分析显示差异表达miRNAs所调控的靶基因明显富集于30个GO(包括中枢神经系统发育、树突棘和神经棘等)和2条信号通路(轴突导向和癌症通路),揭示了差异表达miRNAs可能通过调控靶基因参与复合暴露介导的中枢神经系统发育.     

纳米二氧化钛暴露人胚肺细胞差异表达基因相关通路

为探讨纳米二氧化钛(Nano-TiO2)对人胚肺(HPF)细胞差异表达基因相关通路的影响,采用半致死浓度(0.437mg·mL-1)的10nmTiO2暴露体外培养的人胚肺细胞24h,提取RNA,应用基因芯片技术筛选差异表达基因,分析纳米TiO2对基因通路的影响.结果表明,纳米TiO2暴露人胚肺细胞,导致514条肺中表达的基因发生差异表达,涉及多个KEGG通路和BioCarta通路.纳米TiO2暴露人胚肺细胞可能产生以下生物学效应:1)众多位于细胞外区域和细胞膜上的基因(特别是细胞膜受体基因)差异表达,对外界环境胁迫产生应激反应;2)与炎症相关的细胞因子基因表达大量改变,调控细胞的炎症反应;3)钙离子通路的膜受体基因差异表达,导致大量钙离子内流,调控钙离子信号传导;4)某些基因的差异表达(如OCLN下调),降低了细胞紧密联接力;5)与造血细胞增殖和分化相关的基因差异表达,刺激产生大量白细胞以抵抗感染.     

铅暴露U251细胞差异表达基因及相关通路(The Interrelated Pathways in Brain Human U251 Glioma Cells by Lead Exposure)

为探讨铅对体外培养的人神经胶质瘤U251细胞(human U251glioma cells,U251)暴露后基因表达的变化以及相关基因通路,选用乙酸铅暴露U251细胞.细胞在乙酸铅中暴露8h和24h后提取RNA,使用cDNA芯片分析基因表达情况,芯片扫描结果经归一化处理,设定Ratio值<0.5或≥2.0为表达有差异基因.结果表明,铅暴露U251细胞导致2840条基因差异表达,使用KEGG和BioCarta数据库分析代表性基因网络.结果发现,铅暴露U251细胞导致大量基因差异表达,涉及多个代谢及信号通路,与神经组织相关的主要信号通路有Ca2+信号通路、Jak-STAT信号通路、MAPK信号通路、Wnt信号通路等,还涉及配体-受体、细胞因子相互作用等.这些通路相互联结,构成复杂的网络系统,调控细胞的生物学功能.     

纳米二氧化钛暴露人胚肺细胞差异表达基因分析

为探讨纳米二氧化钛(Nano-TiO2)颗粒对人胚肺(HPF)细胞基因表达和基因功能的影响,使用粒径10nmTiO2暴露体外培养的人胚肺细胞24h,提取RNA,应用基因芯片方法,寻找差异表达基因,并对差异基因进行基因本体(GeneOntology,GO)分类.结果表明,纳米TiO2暴露人胚肺细胞,导致514条肺中表达的基因发生差异表达,基因分类显示400条基因涉及生物学过程;415条基因涉及分子学功能;391条基因涉及细胞构成.纳米TiO2作为外界刺激物质,与细胞膜上的受体结合,影响钙、钾离子通道,上调细胞免疫和炎症反应相关的细胞因子TNF、IL1B、IL1A等基因表达.     

五氯酚对斑马鱼胚胎发育期Wnt信号通路的影响

为从毒理基因组学角度探讨五氯酚(PCP)发育毒性的作用机制,将0hpf斑马鱼(Danio rerio)胚胎暴露于50μg·L-1PCP中8h,提取其总RNA,与Affymetrix公司的斑马鱼寡核苷酸芯片杂交.结果发现,与对照组相比,染毒样本中,1149个基因的表达显著增强(log2ratio>1),501个基因的表达显著减弱(log2ratio<-1).利用生物信息学软件GenMAPP对差异表达基因进行了Wnt信号通路分析,结果显示,PCP暴露后斑马鱼胚胎发育过程中fzd2、axin2等Wnt信号通路重要的调控基因表达均发生了显著变化;PCP影响了经典Wnt通路和非经典Wnt通路,并可能影响了Wnt通路与FGF通路的相互作用.     

PCBs暴露ApoE-/-小鼠肝脏的microRNA和mRNA调控网络研究

本研究通过microRNA-mRNA相互作用考察PCBs的基因毒性,探讨PCBs致动脉粥样硬化可能的分子机制.研究使用8周龄ApoE-/-小鼠,腹腔注射PCBs混合物Aroclor1254(55 mg·kg-1体重),暴露6周后获取其肝脏,提取总RNA,获取cDNA或对RNA去磷酸化及特征标记.采用Affymetrix GeneChipMouse Genome430 2.0基因芯片和Agilent Mouse microRNA array芯片,分析Aroclor1254暴露前后mRNAs和miRNAs的差异表达情况.随后,结合Affymetrix mRNA芯片平台,使用IPA软件分析差异表达的miRNAs和mRNAs,揭示Aroclor1254暴露对基因调控网络和信号通路的影响.研究结果显示,Aroclor1254暴露后有18个差异表达的miRNAs能够靶向调控110个差异表达的mRNAs,二者可共同影响糖代谢、脂代谢、细胞死亡、分子运输等生物学功能.进一步考察与动脉粥样硬化发生发展密切相关的糖代谢、脂代谢网络调控,发现miRNA-22、let-7family、miRNA-15a/b,以及靶基因PPARα、PPARγ辅助激活因子1α和Foxo1,在PCBs暴露致动脉粥样硬化发生发展的糖脂代谢异常中发挥了重要作用.     

茶树中莽草酸途径DHD/SDH基因的表达调控

3-脱氢奎尼酸脱水酶/莽草酸脱氢酶(DHD/SDH)是茶树莽草酸途径中唯一的双功能酶,一方面催化生成莽草酸,另一方面可以催化生成没食子酸.为研究DHD/SDH基因在茶树代谢途径中表达及调控模式,通过在线预测、RLM-RACE和q PCR技术探讨mi RNA对DHD/SDH的调控及表达模式.在获得的茶树mi RNA序列的基础上,对本试验室克隆得到的茶树3个DHD/SDH进行mi RNA预测和鉴定.获得了4个mi RNA参与裂解Cs DHD/SDH基因.其中mi R5180b、mi R1510b-5p和mi R24共同靶向Cs DHD/SDH2,mi R868-5p作用于Cs DHD/SDH3.同时对茶树中3个Cs DHD/SDH表达模式进行检测.不同激素处理下,Cs DHD/SDH2和Cs DHD/SDH3表达模式一致.Cs DHD/SDH2和Cs DHD/SDH3的表达模式存在协同作用.本研究表明Cs DHD/SDH1与Cs DHD/SDH2和Cs DHD/SDH3之间的表达存在负反馈调节,Cs DHD/SDH1上调表达时会导致互补基因Cs DHD/SDH2和Cs DHD/SDH3下调表达.     

磷酸三苯酯经miRNA介导的人肝细胞脂类代谢干扰作用

磷酸三苯酯(triphenyl phosphate,TPhP)是近年来广泛应用于电子产品的磷系阻燃剂,其脂类代谢干扰作用受到广泛关注,而microRNAs(miRNAs)在 TPhP脂类代谢干扰过程中的调控作用仍鲜有报道.本研究通过探讨TPhP暴露条件下人肝细胞的细胞活性、TPhP清除速率与miRNAs表达调控特征,并与已获得转录组数据联合分析,明确TPhP经miRNA介导的脂类代谢干扰作用.在不同浓度TPhP暴露处理48 h后,人肝细胞的细胞活性随着暴露浓度呈先上升后下降的趋势,半数致死效应剂量为46.7 μmol·L-1.在5 μg·mL-1的TPhP暴露3 h和48 h后,TPhP的清除率分别为73.9％和85.1％.人肝细胞多个miRNAs表达差异显著,差异表达miRNAs所调控的靶基因主要参与代谢、脂肪酸合成、类固醇合成及癌症相关通路.通过转录组关联分析,差异表达miR-34c-5p、miR-301a-5p和miR-7等多个miRNAs对脂类代谢相关通路的关键基因具有调控作用,并构成miRNA-mRNA调控网络.综上所述,人肝细胞对TPhP具有较高的清除效率,TPhP暴露诱导miRNA差异表达所介导的脂类代谢干扰作用是TPhP对人肝细胞的主要毒性作用,miR-7和miR-4484等miRNAs能作为TPhP胁迫下脂类代谢干扰作用的潜在生物指示物.     

苯系物联合暴露仿刺参管足转录组差异表达基因分析

为了分析苯系物(BTEXs)联合暴露后仿刺参(Apostichopus japonicus)管足转录组差异表达基因,采用Illumina Hi SeqTM2000测序技术,对1.0 mg·L~(-1)苯系物(B)联合暴露12 h后和对照组(C)的仿刺参管足组织分别进行转录组测序。经Trinity软件进行de novo组装,获得了145 675条unigenes。利用公共数据库进行同源比对,共注释了35 330条unigenes。对比分析苯系物联合暴露组和对照组的转录组测序结果,获得了2 418个差异表达基因(DEGs)(|Log2Fold changes|≥1且FDR≤0.001),其中,上调表达和下调表达基因分别为1 049和1 369个。GOseq分析结果显示,158个DEGs显著富集在149个GO terms中,包括103个生物学过程、17个细胞组分和29个分子功能(P0.05);KEGG代谢通路分析结果显示994个差异基因映射到268条代谢通路,这些差异表达基因参与的生理过程与其他生物的同源基因参与的信号传导、癌症、外源性化合物的生物降解代谢等过程相类似。上述结果为在转录组水平筛选苯系物的生物标志物,解析苯系物对仿刺参毒性作用的分子机制提供了科学参考。     

大气细颗粒物对小鼠T淋巴细胞亚群的影响

大气颗粒物对肺免疫系统有潜在毒性作用,打破免疫系统平衡,大气颗粒物成分中危害首当其冲的是大气细颗粒物(PM_(2.5)),为研究大气细颗粒物引起的机体T淋巴细胞中Th1/Th2免疫失衡方向。本研究通过免疫组化实验方法检测暴露后小鼠肺组织中T淋巴细胞的表达,进一步采用流式细胞术检测大气细颗粒物气管滴注后小鼠肺脏淋巴细胞中Th1/Th2比例。暴露组小鼠肺组织免疫组化研究结果提示浸润细胞区有大量的CD4~+T细胞,中高剂量暴露组小鼠肺组织中淋巴细胞亚群Th1/Th2比例向Th1偏移。大气细颗粒物影响免疫失衡,使T淋巴细胞向Th1漂移。     

胚胎期及哺乳期全氟辛烷磺酸盐(PFOS)暴露对大鼠长时程突触可塑性影响的miRNA组学研究

为探讨PFOS胚胎期及哺乳期暴露对动物子代学习记忆能力影响的分子机理,采用微小RNA(miRNA)芯片技术检测PFOS胚胎期及哺乳期暴露对出生第1和7天大鼠脑组织miRNA表达的影响,分析突触可塑性相关miRNA表达的差异变化。结果显示,经PFOS暴露后出生第1和7天的大鼠脑组织中分别有24和17个miRNA发生显著性差异表达(p<0.05),其中与突触传递和神经递质转运等相关的miRNA的差异表达最为显著,主要包括miR-466b、miR-672、miR-297、miR-674-3p和miR-207。差异表达miRNA的路径分析显示出生后1和7d的大鼠的长时程增强效应(LTP)均受PFOS显著影响(p<0.05),这说明PFOS胚胎期及哺乳期暴露可能通过影响LTP的形成、发展和维持过程对大鼠子代大脑学习记忆能力造成威胁,并且miR-466b、miR-672、miR-297、miR-674-3p和miR-207可能参与了其中的调控过程。     

铅暴露U251细胞差异表达基因分析(Analysis of Differentiation Expressed Genes of Human U251 Glioma Cells Exposed to Lead)

为研究体外培养的人神经胶质瘤U251细胞(human U251glioma cells)铅暴露后基因表达的改变,分析脑中差异表达基因,探讨铅暴露与神经毒性之间的关系,使用浓度为400μg·mL-1乙酸铅暴露U251细胞8h和24h,设置空白对照,提取RNA.应用基因芯片方法寻找差异表达基因,芯片扫描结果经归一化处理,设定Ratio值<0.5或≥2.0为表达有差异基因.结果表明铅暴露U251细胞导致2840条基因差异表达,暴露8h和24h皆上调表达的基因有92条,皆下调表达的基因有85条,其中132条基因在脑中表达;通过与数据库资料比对,109条基因与其在脑表达情况一致,23条基因不一致(15条基因高表达,8条基因低表达).从实验结果可以看出铅暴露能够导致U251细胞基因表达改变,抑制细胞增殖和迁移,促进细胞凋亡,负调控T细胞免疫活性.导致与神经发生、细胞骨架形成相关基因表达下调,神经保护能力下降,铅暴露可能与神经变性疾病及退行性疾病发生有关.     

MiRNA-451 is a potential biomarker for estrogenicity in mouse uterus

The uterotrophic assay has been commonly used to test environmental estrogens in vivo, however, it is often not sensitive enough sometimes. An alternative way is to evaluate estrogenicity through biomarker genes. MicroRNA （miRNA） is a class of regulatory gene, which has been shown to be a good biomarker for many diseases and toxicological effects in recent years, and some evidences showed that estrogen induced response was partially mediated by miRNAs. In this study, two types of microarrays were used to test the 17[3-estradiol （E2） induced miRNA expression profile at different time points in the immature mouse uterus. Statistical analysis showed the aldehyde slide based array had less variation than the amino slide based array, and 11 dysregulated miRNAs were screened out for significant fold change. Real-time PCR was performed to further confirm that 4 out of 7 selected miRNAs, namely miR-451, miR-155, miR-335- 5p, and miR-365, are E2 regulated miRNAs in the uterus. The function of the predicted targets of these miRNAs is involved in cell grow control, which is consistent with the main E2 function in the uterus. MiR-451 had similar strong responses to E2 in the uterus of both immature and overiectomized mice, and could be a potential biomarker for estrogenicity in the uterus.     

胚胎期和哺乳早期全氟辛烷磺酸盐(PFOS)暴露对大鼠肝脏脂肪酸代谢影响的microRNA组学研究

研究低剂量全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)对大鼠幼仔肝脏中microRNA的表达及脂肪酸代谢的影响,并且从microRNA分子角度探讨PFOS对肝脏相关功能影响的分子毒性机制及预测其他一些潜在的毒性效应。PFOS染毒剂量为3.2mg·kg-1,对照组给予同等体积的含2%的聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯乳化剂(Tween 20),利用高通量miRNA芯片技术观察了胚胎期和哺乳早期经PFOS染毒后出生第1和7天(PND1和PND7)大鼠肝脏组织miRNA的表达情况。结果显示,PFOS能够引起仔鼠肝脏microRNA表达量的变化,PND1和PND7时显著变化的microRNA个数分别为46和9个。miR-125a-3p、miR-23a*、miR-25及miR-494同时在PND1和PND7显著性表达,PND1呈现下调性变化,PND7呈现上调性变化。通过生物信息学和统计学分析发现:PFOS具有大鼠肝脏早期发育毒性,而且胚胎期的毒性效应强于哺乳早期;大鼠幼仔肝脏早期发育中,PFOS对其糖脂代谢及细胞凋亡过程具有毒性效应;胚胎期和哺乳早期,在低剂量PFOS暴露下,β和ω氧化代谢是肝脏脂肪酸代谢的主要方式;脂酰COA合成酶、脂酰COA脱氢酶及烯酰COA水合酶等脂肪酸代谢过程的关键酶,是PFOS暴露下microRNA潜在的靶分子。研究表明,PFOS具有多种肝脏早期发育毒性,低剂量PFOS暴露下,microRNA能够调节肝脏脂肪酸代谢相关靶基因的表达,进而调控脂肪酸代谢过程。     

铅（Pb^2＋）致高血压大鼠胸主动脉病变的相关基因及信号转导途径

采用表达芯片研究铅(Pb2+)致高血压大鼠模型病变主动脉的基因表达谱,以及可能涉及的信号转导途径.结果表明,Pb2+致高血压大鼠和对照组相比,在3463个已知基因和表达序列标签(EST)中,有24个基因和1个EST表达上调幅度≥2倍;有2个基因和1个EST表达下调幅度≥2倍.在差异表达≥2倍的26个基因中,有13个上调的基因与细胞凋亡、局部粘附、细胞生长、增殖、细胞迁移、平滑肌兴奋、胶原重构等生物学过程相关;2个下调基因与能量代谢有关.表达差异基因相对集中的信号途径是与细胞运动、增殖和存活关系密切的局部粘附信号途径.     

纳米银和银离子对斑马鱼胚胎早期生长发育的影响及作用机制

为探究纳米银对水生生物的毒性作用,选取斑马鱼胚胎为受试生物,考察了纳米银对斑马鱼胚胎早期生长发育的影响,同时比较了纳米银与银离子对斑马鱼胚胎的毒性作用和机理。实验将受精后4小时(4 hpf)的斑马鱼胚胎分别暴露于不同浓度的纳米银和银离子溶液中至96 hpf,观察并记录了胚胎的死亡、孵化和畸形等指标。应用吖啶橙(AO)染色实验研究了胚胎暴露之后的细胞凋亡情况,并且应用荧光定量PCR技术分析了相关基因的表达水平。研究结果表明,随着暴露浓度的增加,纳米银和银离子均能导致斑马鱼胚胎的死亡率增加和孵化率降低,并且引起孵化延迟。纳米银和银离子的96 h半数致死浓度(96 h-LC50)分别为11.75 mg·L-1和0.054 mg·L-1。银离子毒性远大于纳米银毒性。暴露的斑马鱼胚胎均表现出体长变短和卵黄囊肿大的畸形。AO染色结果表明,纳米银和银离子处理组胚胎的躯干和卵黄囊部位存在细胞凋亡信号。基因表达分析结果显示,1.93 mg·L-1纳米银显著提高了斑马鱼胚胎caspase9的表达(P0.05),而0.006 mg·L-1的银离子就能显著上调COX-2a(P0.01)和COX-17(P0.05)基因的表达,同时0.036 mg·L-1银离子增加了斑马鱼体内p53基因的表达(P0.05)。以上研究结果说明,纳米银可能通过caspase通路诱导细胞凋亡进而影响斑马鱼胚胎的生长发育;而银离子不但影响氧化系统基因通路,还能通过p53诱导凋亡进而阻滞斑马鱼胚胎的生长发育。     

Expression and regulation of the shikimic acid pathway gene DHD/SDH in tea plant (Camellia sinensis)北大核心CSCD

3-Dehydroquinic acid dehydrase/shikimate dehydrogenase (DHD/SDH) is the only bifunctional enzyme in the shikimic acid pathway. It can catalyze the generation of shikimic acid and gallic acid. To investigate the expression and regulation patterns of DHD/SDH in tea, we aimed to determine (1) the miRNA-mediated cleavage of DHD/SDH involved in the shikimic acid pathway, (2) the expression pattern of miRNA and their targets, and (3) the expression pattern of three DHD/SDH genes in tea plant (Camellia sinensis) with different hormone treatments via online prediction, RLM-RACE, and qPCR. Based on the miRNAs obtained, we identified four miRNAs that regulated CsDHD/SDH in tea. CsDHD/SDH2 was targeted by miR5180b, miR1510b-5p, and miR24; CsDHD/SDH3 was targeted by miR868-5p. We also found that CsDHD/SDH2 and CsDHD/SDH3 have a similar expression pattern under different hormone treatments, and they were synergistic with each other. CsDHD/SDH1 exhibited an expression pattern opposite to that of the other two homologues, and increased expression of CsDHD/SDH1 reduced the expression of the other two genes. © 2018 Science Press. All rights reserved.