基于转录组学探究吸入聚苯乙烯微塑料诱导小鼠肺损伤的机制OA

目的:比较不同粒径聚苯乙烯微塑料(microplastics,PS)吸入诱导小鼠肺损伤的表现,通过转录组学测序探索其潜在机制。方法:将18只小鼠随机分为对照组、PS-2μm组和PS-100 nm组,每组6只;各组分别以生理盐水、2μm的PS混悬液和100 nm的PS混悬液鼻内滴注(20 mg/kg),每天2次,持续2个月。激光共聚焦显微镜观察PS在肺组织中的分布;FinePointe PFT系统检测小鼠肺功能;HE染色观察肺组织病理变化;ELISA法检测血清和支气管-肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平;转录组测序技术分析对照组和100 nm-PS组小鼠肺组织中差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),并进行KEGG和GO富集分析;Western blot检测肺组织黏液-纤毛屏障相关蛋白表达。结果:与对照组比较,PS-100 nm组和PS-2μm组小鼠肺功能显著降低(P<0.05);肺泡壁和气管壁显著增厚,炎症细胞浸润显著增加(P<0.05);血清和BALF中TNF-α显著升高,其中以PS-100 nm组尤为显著(P<0.05)。转录组分析显示,PS-100 nm组肺组织中有395个上调DEGs和37个下调DEGs;KEGG富集在运动蛋白、细胞色素P450代谢、神经退行性病变通路和过氧化物酶体等信号通路;GO分析显示DEGs参与纤毛组装、纤毛运动、黏液-纤毛运动和上皮纤毛摆动等生物过程。此外,与对照组比较,PS-100 nm组和PS-2μm组小鼠肺组织叉头框蛋白J1(forkhead box J1,FOXJ1)和钙激活氯通道调节蛋白1(calcium-activated chloride channel regulator 1,CLCA1)表达显著下调,含SAM尖端结构域的ETS转录因子(SAM pointed domain containing etstranscription factor,SPDEF)、黏蛋白5AC(mucin 5AC,MUC5AC)和MUC5B表达均显著上调(P<0.05)。结论:聚苯乙烯微塑料可能通过破坏黏液-纤毛清除系统,诱导炎症反应和黏液高分泌,导致小鼠肺功能和肺组织病理损伤,其中以100 nm尤为显著。