基于代谢组学的大气亚微米颗粒物毒性机制研究

作     者：孙晓悦 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕伯昇;周庆华

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0706[理学-大气科学] 0713[理学-生态学] 

主      题：大气亚微米颗粒物(PM1) ICR小鼠 代谢组学 脂质组学 毒性机制 

摘      要：大气颗粒物是全国各城市大气污染的首要污染物,其与人体健康效应之间的关系已引起众多专家学者的关注。目前,大气颗粒物健康效应的研究主要围绕于PM和PM,有关大气亚微米颗粒物PM(空气动力学当量直径≤1μm)的研究相对较少。由于超细的粒径尺寸,PM进入人体后可穿透肺泡细胞,甚者透过血管屏障进入血液循环系统,相比于PM和PM,PM具有更高的人体暴露风险。本研究以ICR小鼠为模式生物,设置对照组(0μg/m)、低剂量组(15μg/m)、中剂量组(75μg/m)和高剂量组(250μg/m)四个组别,基于代谢组学和脂质组学方法对PM的毒性机制展开研究。采用ELISA试剂盒分别检测小鼠血清中GSH/GSSG比值以及炎性因子TNF-α、IL-6、IL-17和抗炎因子IL-10的表达水平。结果表明暴露组小鼠血清中的GSH/GSSG比值均明显低于对照组(P0.05),且随着PM染毒剂量的增大,小鼠血清中的GSH/GSSG比值显著降低(P0.05),呈明显的剂量-效应关系。此外,随着PM染毒剂量的增大,炎性因子IL-6、IL-7及TNF-α的含量显著增加(P0.05),抗炎因子IL-10的含量显著降低(P0.05),各指标均呈明显的剂量-效应关系。基于LC-MS的代谢组学研究结果表明,正离子模式下小鼠血清中共分析识别出125个代谢物,负离子模式下为71个。运用PCA、PLS-DA和单因素方差分析等多元统计分析方法,在低、中、高剂量组的小鼠血清中分别筛选出14个、16个、37个差异代谢物。通过Metabo Analyst和KEGG数据库进行代谢通路分析,结果发现各剂量组小鼠以下4条代谢途径均发生异常,分别为苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,谷氨酰胺和谷氨酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及酪氨酸代谢。与低剂量组相比,中剂量组小鼠发生异常的代谢途径还表现在精氨酸和脯氨酸代谢;与中剂量组相比,高剂量组小鼠发生异常的代谢途径还表现在缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成以及色氨酸代谢。基于LC-MS的脂质组学研究结果表明,小鼠血清中共分析识别出250个脂质化合物,覆盖磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、溶血磷脂酰胆碱(LPC)、溶血磷脂酰乙醇胺(LPE)、鞘磷脂(SM)、神经酰胺(Cer)、胆固醇酯(CE)和甘油酯(AG)等8类脂质代谢物。运用PCA、PLS-DA和单因素方差分析等多元统计分析方法,在低、中、高剂量组小鼠血清中分别筛选出54个、58个、83个脂质差异化合物。基于脂质数据库,经脂质代谢通路分析发现各剂量组小鼠的甘油磷脂代谢和鞘脂代谢为靶标代谢途径。