项目文章|伯豪生物单细胞核测序助力发现纳米塑料诱发帕金森样神经退行性病变
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单细胞核测序技术
塑料污染已成为全球性环境问题。在紫外线辐射、风化和生物降解的作用下，塑料可碎裂成微塑料（<5mm）和纳米塑料（<100nm）。随着在人类粪便、胎盘和肺中发现塑料碎裂物，关于微塑料和纳米塑料是否会影响人类健康的讨论日渐增多。
近日，南方医科大学黄振烈教授团队在Journal of Hazardous Materials杂志（IF=10.588）上发表了名为“Brain single-nucleus transcriptomics highlights that polystyrene Nanoplastics potentially induce Parkinson’s disease-like neurodegeneration by causing energy metabolism disorders in mice”的研究文章，通过对口服聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs, polystyrene nanoplastic）的小鼠大脑进行单细胞核转录组测序，发现PS-NPs可能通过引起小鼠能量代谢紊乱，从而诱发帕金森病（PD, Parkinson’s Disease）样神经退行性病变。其中单细胞核测序技术由上海伯豪生物提供。
主要结果
研究者前期实验发现，口服PS-NPs的小鼠，血脑屏障遭到破坏，并会出现不同程度的PD样神经退行性病变。Bulk RNA测序结果证实，口服PS-NPs的小鼠中，神经退行性疾病（阿尔兹海默症，帕金森综合征等）相关途径被显著抑制，其中对PD相关途径的抑制作用最为显著。
为进一步探究PS-NP对大脑的影响，研究者对口服PS-NPs的小鼠大脑，进行单细胞核测序（snRNA seq），共捕获62,843个细胞核，无监督聚类显示所有样本共聚为28个细胞群，分别注释为神经元，星形胶质细胞，少突胶质细胞，小胶质细胞和内皮细胞。
随后研究者分别对各细胞进行差异分析，结果显示小胶质细胞的差异基因（DEG, differentially expressed gene）最少，表明小胶质细胞的转录组受PS-NPs的影响最小；而在神经元、内皮细胞和小胶质细胞中，大多数DEGs下调，且部分下调的DEGs在每种细胞类型中共享，这些基因涉及神经退行性病变相关途径，尤其是PD途径。此外对各细胞群的差异基因进行GO分析，发现ATP代谢途径在神经元中富集程度最高，线粒体和蛋白质稳定功能在神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞中富集程度最高，而突触功能调节在星形胶质细胞和内皮细胞显著富集，表明PS-NPs通过小鼠大脑中的细胞特异性途径诱导PD样神经退行性病变。
为了进一步探索PS-NPs对不同细胞的影响，研究者分别对各细胞类型的各个亚群做了差异分析，发现不同脑细胞之间的这些紊乱反应主要与所有脑细胞，尤其是兴奋性神经元的能量代谢紊乱和线粒体功能障碍有关。同时伴随着星形胶质细胞和小胶质细胞的炎症反应，以及星形胶质细胞、少突胶质细胞、内皮细胞的蛋白质稳定和突触功能调节功能障碍。进一步证实PS-NPs在单细胞水平上诱导小鼠大脑中的细胞特异性反应。
根据受配体情况预测PS-NPs对小鼠大脑各细胞间相互作用的影响。研究者发现，口服PS-NPs后，脑细胞中的促炎和抗炎反应都会发生波动，表明PS-NPs可能会干扰小鼠大脑的炎症反应。但对不同脑区的qPCR验证结果显示小鼠大脑中激活的星形胶质细胞和促炎性小胶质细胞的数量并没有增加，炎症相关基因的表达也没有增加。因此尽管PS-NPs可能会干扰脑细胞之间的炎症通讯，但仍需进一步探索PS-NPs是否会引起严重的炎症反应，及该炎症反应在PS-NPs诱导的神经退行性变中发挥怎样的作用。
参考文献：
[1] Boxuan Liang, Yuji Huang, Yizhou Zhong, et al. Brain single-nucleus transcriptomics highlights that polystyrene nanoplastics potentially induce Parkinson’s disease-like neurodegeneration by causing energy metabolism disorders in mice. Journal of Hazardous Materials. Journal of Hazardous Materials 430(2022) 128459. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128459
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本文为伯豪生物原创
撰稿人：李梦洁
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