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單細胞拉曼光譜結合脂質(zhì)組學(xué)分析聚丙烯微塑料對小鼠肝臟脂質(zhì)代謝影響

瀏覽次數:8155 發(fā)布日期:2023-7-21  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
《Journal of Hazardous Materials》基于單細胞拉曼光譜結合脂質(zhì)組學(xué)分析揭示聚丙烯微塑料對小鼠肝臟脂質(zhì)代謝的影響

2023年6月21日,吉林大學(xué)張大奕教授、浙江中醫藥大學(xué)劉明英副教授團隊應用長(cháng)光辰英核心產(chǎn)品——P300共聚焦拉曼光譜儀在《Journal of Hazardous Materials》期刊上發(fā)表了題為“Impacts of polypropylene microplastics on lipid profiles of mouse liver uncovered by lipidomics analysis and Raman spectroscopy”的論文。該研究創(chuàng )新性采用共聚焦拉曼光譜和脂質(zhì)組學(xué)相結合的技術(shù),觀(guān)察到了聚丙烯微塑料在小鼠肝臟中的蓄積,揭示了聚丙烯微塑料的攝入對小鼠肝臟脂質(zhì)代謝的影響。
 
 
  • 研究背景
微塑料(MPs)是一種直徑小于5 mm的塑料顆粒。作為一種新污染物,微塑料主要由環(huán)境中的塑料顆粒經(jīng)過(guò)機械(如磨損和紫外線(xiàn)輻射)、化學(xué)反應(如光解,水解和熱解等)和生物分解(如細菌和真菌)等作用下產(chǎn)生。盡管已有大量學(xué)者針對微塑料環(huán)境賦存狀態(tài)和健康影響開(kāi)展了研究工作,現階段聚丙烯微塑料對肝臟脂質(zhì)代謝研究較少。本研究通過(guò)脂質(zhì)組學(xué)和拉曼光譜分析揭示了聚丙烯微塑料在小鼠肝臟中的蓄積現象,刻畫(huà)了聚丙烯微塑料影響下的小鼠肝臟脂質(zhì)代謝組學(xué)變化,為進(jìn)一步評估微塑料健康風(fēng)險提供了技術(shù)手段和數據支撐。

二、研究?jì)热?/strong>
該研究建立了雄性SPF ICR小鼠的聚丙烯微塑料飲用水暴露模型,將5周齡的SPF ICR小鼠隨機分為聚丙烯微塑料飲用水暴露7天低劑量暴露組(7TL)、7天高劑量暴露組(7TH)、42天低劑量暴露組(42TL)、42天高劑量暴露組(42TH)和對照組(7CK,42CK)。所有聚丙烯微塑料處理組的小鼠均接受含有聚丙烯微塑料的飲用水,低劑量和高劑量暴露組中的聚丙烯微塑料含量分別為100 μg/L(TL處理)和1000 μg/L(TH處理),對照組飲用水采用無(wú)微塑料污染的dddH2O。
 
圖1.流程圖

研究首先使用共聚焦拉曼光譜儀測定了商用聚丙烯微塑料的顆粒特性,其直徑約為10-20 µm。拉曼光譜特征指紋峰位于811、842、970、1169、1330、1459、2841、2884 和 2956 cm-1。肝臟組織經(jīng)消解后,使用共聚焦拉曼光譜儀發(fā)現了與上述特征峰一致的微小碎片,經(jīng)PCA-LDA分析后確認該微小碎片為聚丙烯微塑料,濃度為266-855個(gè)/只小鼠肝臟(圖2),證實(shí)了聚丙烯微塑料可以通過(guò)飲水攝入方式進(jìn)入并富集于小鼠肝組織。


圖2. 聚丙烯微塑料拉曼光譜下形態(tài)

PLS-DA模型將6個(gè)處理脂質(zhì)組聚類(lèi)為兩組,一組包括7CK、42CK和42TL,另一組包括7TL、7TH和42TH(圖3A)。進(jìn)一步識別了不同組別中顯著(zhù)重要的脂質(zhì)代謝生物標志物,并分析了相同聚丙烯微塑料暴露時(shí)間(7天或42天)和不同聚丙烯微塑料暴露劑量(TL或TH)的脂質(zhì)代謝生物標志物。結合聚丙烯微塑料暴露劑量和時(shí)間,最終確認表現聚丙烯微塑料暴露綜合影響的脂質(zhì)組生物標志物,包括脂肪酸306(20:3)和三酰甘油(C50:4和C50:1/C51:8)(圖3)。

利用拉曼光譜的非侵入性檢測特性,測定了不同處理組中肝細胞的生物拉曼光譜,建立了6組小鼠肝細胞生物大分子關(guān)鍵信息數據庫,并識別出了典型生物拉曼光譜特征峰(圖4A)。PCA-LDA多變量分析結果表明,石蠟對生物拉曼光譜無(wú)明顯干擾,生物拉曼光譜特征可以將6個(gè)處理組分成兩組,第一組包括7TH、7TL和42TH,第二組包括7CK、42CK和42TL(圖4B),與上述脂代謝組學(xué)數據分析結果一致,表明共聚焦生物拉曼光譜可以有效預測脂質(zhì)組學(xué)的變化。參考脂肪酸不飽和度計算公式n(C-C)/n(CH2),本研究使用1658 cm-1 (C-C stretching)和1442 cm-1(CH2 stretching)處拉曼光譜特征峰強度來(lái)表示脂質(zhì)的不飽和度,依次為7TH (0.9657) > 7TL (0.7940) > 7CK (0.7810) > 42TH (0.7704) > 42TL (0.7139) > 42CK (0.6920)。結果表明,肝臟脂質(zhì)不飽和度與聚丙烯微塑料暴露劑量成正比,與聚丙烯微塑料暴露時(shí)間成反比。


圖3. PLS-DA模型

 
圖4. 肝細胞的拉曼光譜

三、結論
本研究結合脂質(zhì)組學(xué)和生物拉曼光譜技術(shù),證實(shí)了聚丙烯微塑料暴露會(huì )造成小鼠肝臟組織聚丙烯微塑料蓄積,并顯著(zhù)影響了肝臟脂質(zhì)代謝功能。小鼠肝臟聚丙烯微塑料含量為266-855個(gè)/肝,脂質(zhì)組學(xué)結果表明聚丙烯微塑料可以通過(guò)影響脂滴的形成來(lái)干擾能量存儲和肝臟脂代謝。拉曼光譜揭示了不飽和脂肪酸的顯著(zhù)變化,進(jìn)一步證明了聚丙烯微塑料對肝細胞代謝和對細胞膜成分的影響。本研究結果證明,生物拉曼光譜可以用于評估脂質(zhì)代謝變化,為脂質(zhì)組學(xué)研究中提供了一種精確評估的技術(shù)手段。
 
原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131918
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