不同香精干预对小鼠神经行为及细胞分子网络的影响:高通量转录组测序分析OA

背景:香精香料与大脑神经系统之间的关系密切,但其在卷烟烟雾递送体系下的长期暴露对脑组织的影响尚缺乏系统研究。目的:研究聚焦于香精香料作用于脑组织神经系统的分子机制,通过系统评估不同香精干预对小鼠神经行为及细胞分子网络的影响,揭示其在卷烟产品中的神经调控价值。方法:选取成年雄性C57BL/6J小鼠,随机分为两组实验体系:实验一分为溶剂雾化组、对照香精香料雾化组和改进香精香料雾化组;实验二分为对照组、空白香料烟组、对照香料烟组和改进香料烟组。以香精香料的雾化或卷烟为载体燃烧烟雾分别对小鼠进行集中暴露45 d,每天暴露2次,每次持续45 min。在第2,4周进行旷场实验评估小鼠单次10 min内的自主活动行为;转录组测序(RNA-seq)筛选脑组织中差异基因和KEGG信号通路富集;单细胞核转录组测序(snRNA-seq)分析主要细胞亚群与GO生物功能信号通路。结果与结论:(1)在实验一中,旷场实验结果显示,与溶剂组相比,对照香精香料雾化组及改进香精香料雾化组小鼠表现出显著增强的自主活动能力和中心区域探索行为(P<0.05)。(2)RNA-seq分析结果显示,与溶剂组相比,改进香精香料雾化组差异表达基因数量明显增加,KEGG功能富集主要涉及谷氨酸能突触、苯丙胺成瘾、神经活性配体-受体相互作用等信号通路,且G蛋白偶联受体配体结合信号在改进香精香料雾化组中显著上调。(3)snRNA-seq分析结果表明,香精香料雾化暴露后小鼠脑组织中神经元与小胶质细胞亚群为主要响应细胞类型,神经元亚群差异基因主要富集于跨突触信号传递、线粒体电子传递链与氧化磷酸化等过程,少突胶质细胞主要富集于电子传递链、髓鞘形成及其调控通路。(4)在实验二中,改进香料烟组同样表现出比空白香料烟组更高的自主活动能力与中心区域探索行为(P<0.05)。(5)RNA-seq分析显示两组差异基因数量相当,其中对照香料烟组富集于神经活性配体-受体相互作用、胆碱能和谷氨酸能突触等信号通路,改进香料烟组主要涉及神经递质平衡、神经系统兴奋性调节及代谢通路。(6)snRNA-seq结果显示,神经元和小胶质细胞亚群变化显著,改进香料烟组神经元亚群富集于γ-氨基丁酸能突触、膜电位调控、跨膜转运及化学突触传递调节等过程,少突胶质细胞亚群富集于树突发育、突触后膜神经递质受体调节和突触组织调节等生物过程。上述结果表明,改进型香精香料通过作用于神经元及少突胶质细胞,调控突触可塑性、神经递质代谢、髓鞘形成及线粒体能量代谢相关通路,从而影响小鼠脑组织神经兴奋性与功能状态,该研究为香精香料及其应用制品在脑组织神经系统调节功能的研究提供了理论依据和研究范式。