水生所研究揭示微囊藻毒素长期暴露引起哺乳动物小鼠脑区特异性的脂质代谢变化

随着水体富营养化日益严重以及气候变暖，全球湖泊蓝藻水华日益频发。蓝藻衍生污染物微囊藻毒素（Microcystins, MCs）慢性暴露已成为全球性健康问题。MCs具有强烈的神经毒性，能够影响哺乳动物大脑结构和功能，并与人群神经退行性疾病阿尔兹海默症有关。但既有研究或基于整个大脑（不分区）或主要关注在认知中起重要作用的海马区， MCs对其他脑区的神经毒性作用以及潜在分子机制知之甚少。同时，脂质作为脑组织的主要组成成分，在大脑结构和功能中起着重要作用，但是MCs对哺乳动物大脑脂质侧面的影响鲜有相关研究，这阻碍了对 MCs 的神经毒性作用及其机制的深入理解。

图1. MC-LR对小鼠海马和前额叶皮层脂质侧面的影响。（a-d）MC-LR处理组和对照组总体脂质分布模式的主成分分析图；（e-f）海马和前额叶皮层中MC-LR处理组各脂质亚类含量变化；（g-j）海马和前额叶皮层中MC-LR处理组脂质分子含量变化

图2. 300 μg/kg bm/day染毒180天后小鼠海马和前额叶皮层的相同脂质分子表现出相反的含量变化趋势

为此，中国科学院水生生物研究所谢平研究团队近日运用脂质组学首次从脂质侧面并结合基因转录、组织病理以及水迷宫等行为学方法，研究了MCs慢性暴露对哺乳动物小鼠认知活动两个关键脑区—海马和前额叶皮层的结构和功能的影响。研究发现，低浓度MC-LR口服染毒6个月后，在小鼠脑前额叶外皮中观察到明显的神经退行性变化，但在海马中并未观察到，前额叶皮层对MC-LR的神经毒性更脆弱。脂质组学结果揭示了脂质在亚类、脂质分子和脂肪酰基组成等不同水平上明显的区域特异性变化特征，各种磷脂和鞘脂在前额叶皮层含量下降，但在海马中含量增加（图1和图2）；前额叶皮层和海马中脂质代谢调控明显不同，这些脂质代谢异常可能参与了区域特异性神经退行性变过程（图3）。该研究填补了脂质变化与MCs神经毒性之间的知识空白，识别关键的磷脂和鞘脂分子及其介导MCs诱导的神经退行性变的分子机制值得进一步深入研究。

图3 MC-LR诱导区域特异性的脂质代谢改变及其在神经退行性病变中的作用

该研究成果以“First insights into region-specific lipidome alterations of prefrontal cortex and hippocampus of mice exposed chronically to microcystins”为题发表在Environment International，文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202300291X?via%3Dihub。水生所何君副研究员和研究生陈阳为论文的共同第一作者，陈隽研究员和谢平研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金（No. 31600423, 31770555和31901186）的支持。