塑料微粒，特别是聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs），因其在环境中的普遍存在和难以降解的特性，成为了全球性的环境问题。这些微小的颗粒不仅影响海洋生态系统，也可能通过食物链进入人体，对我们的健康构成威胁。这就是“暴露组学”。
2024年3月15日，哈尔滨医科大学公共卫生学院孙鸿儒团队在期刊Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)（IF=8.9）上发表了题为“The adverse effects of developmental exposure to polystyrene nanoparticles on cognitive function in weaning rats and the protective role of trihydroxy phenolacetone”的研究论文，该研究表明PS-NPs对断奶大鼠认知功能发育期暴露的不良影响，并通过LiP-SMap技术发现了3-羟基苯乙酮（THP）直接与关键蛋白Mapk3结合，从而减轻PS-NPs对神经细胞的损害。为我们提供了关于微塑料对健康影响的新见解，也为未来开发新的治疗策略提供了可能的方向。
【文章标题】The adverse effects of developmental exposure to polystyrene nanoparticles on cognitive function in weaning rats and the protective role of trihydroxy phenolacetone
【发表期刊】Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)
【影响因子】8.9
【发表时间】2024年3月15日
【发表单位】哈尔滨医科大学
研究策略
结果速递
一、生理影响：PS-NPs暴露影响大鼠的生长发育，还导致大脑结构的改变
断奶大鼠分别持续饮用0、50和100 μg/L PS-NPs水溶液4周后，观察到100 μg/L组出现大脑和肝脏器官系数下降，海马神经元出现形态学变化，电子显微镜显示PS-NPs可能影响能量代谢和物质运输，这表明PS-NPs可能对神经系统产生负面影响。
PS-NPs暴露对大鼠发育的影响
二、基因变化：PS-NPs暴露引发大鼠大脑基因表达变化与神经功能及细胞死亡相关
作者通过转录组学分析发现，PS-NPs暴露引起了神经相关基因和凋亡信号通路的变化，包括凋亡相关基因（如Bax、p53、Bcl-2）和炎症因子（如TNF-α、IL-6、NF-κB）的上调。这暗示PS-NPs可能通过调节基因表达诱导神经细胞凋亡和炎症反应，从而影响认知功能。GO和KEGG富集分析进一步支持了这一结论，为理解PS-NPs对神经系统的毒性提供了证据，并为未来治疗提供了线索。
PS NPs暴露对细胞凋亡相关蛋白的影响
三、染色质重塑：PS-NPs暴露可能通过改变染色质结构，影响基因的表达和调控
作者使用ATAC技术发现，PS-NPs暴露导致大鼠海马区染色质结构的重塑，形成了大量差异可及区域（DARs），与神经系统功能、细胞应激反应和凋亡相关。此外，PS-NPs暴露还与组蛋白去乙酰化酶（Hdac）和DNA甲基转移酶（DNMT）的表达变化相关。这些结果表明，PS-NPs可能通过影响染色质结构和基因表达来影响神经系统和认知功能，强调了表观遗传调控在环境污染物研究中的重要性。
PS NPs暴露驱动染色质结构改变
四、Mapk3通路：PS-NPs暴露对Mapk3信号通路的影响
由于Mapk信号通路与细胞凋亡和炎症反应密切相关，研究者进一步探索了PS-NPs对大鼠海马区Mapk3信号通路的影响。结果显示，PS-NPs暴露增加了Mapk3和p-Mapk3蛋白的表达水平，可能激活了该通路，从而影响神经细胞功能。此外，与Mapk3信号通路相关的其他蛋白，如NF-κB和AMPK，也发生了变化。这些发现揭示了PS-NPs可能通过调节Mapk3信号通路来影响神经细胞功能，为研究微塑料对神经系统毒性提供了新的证据。
PS-NPs暴露对Mapk3信号通路的影响
五、CMap数据库：鉴定THP作为潜在治疗分子
研究者利用CMap数据库筛选出对抗聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）引起的神经毒性的潜在治疗分子。通过比较PS-NPs处理和未处理细胞的基因表达谱，他们发现了能够模拟或逆转PS-NPs效应的化合物。其中，三羟基苯乙酮（THP）因其在数据库中的高富集分数和商业样本的可得性而被选中进行进一步研究。实验证实，THP显著降低了PS-NPs引起的细胞凋亡，并通过调节与凋亡相关的基因表达来实现这一效果。这些结果表明THP可能具有神经保护作用，并可能通过调节Mapk3信号通路发挥作用。
六、利用LiP-SMap和分子对接技术鉴定THP的潜在靶标
研究者利用LiP-SMap和分子对接技术确定了3-羟基苯乙酮（THP）的潜在作用靶点。LiP-SMap筛选出THP可能直接作用的蛋白质，网络分析发现24个蛋白与Mapk3有相互作用。分子对接技术预测了THP与Mapk3蛋白的结合位点，显示THP与Mapk3蛋白特定氨基酸残基形成氢键和其他非共价相互作用。这些结果揭示了THP可能通过直接作用于Mapk3蛋白来发挥神经保护作用，为治疗环境污染物引起的神经损伤提供了重要线索。
利用LiP-SMap和分子对接鉴定潜在的THP靶点
研究结论
该研究通过运用LiP-SMap技术和分子对接分析，精确地揭示了3-羟基苯乙酮（THP）与Mapk3的相互作用机制。LiP-SMap技术筛选并鉴定了THP可能直接作用的蛋白质，而分子对接技术进一步预测了THP与Mapk3蛋白结合的具体位点。这些发现表明THP能够通过与Mapk3蛋白的关键氨基酸残基形成氢键等非共价相互作用，直接调节其活性，为开发针对由环境污染物引起的神经系统损伤的新型治疗策略提供了重要的分子靶点和理论基础。
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