妊娠期暴露于環(huán)境污染物可能干擾胎兒發(fā)育并伴隨遠(yuǎn)期健康風(fēng)險(xiǎn)，疏水性持久性有機(jī)污染物（POPs）對(duì)胎兒發(fā)育的危害是環(huán)境毒理學(xué)的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)研究污染物母子傳遞多依賴于分娩時(shí)的母胎樣本比較，缺少妊娠各階段污染物的時(shí)空分布信息。質(zhì)譜成像驅(qū)動(dòng)的空間代謝組學(xué)技術(shù)能原位獲取數(shù)千種分子的空間分布信息，結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，有望成為解析污染物母胎傳遞機(jī)制的全新策略。

近日，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院萬祎教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》上發(fā)表研究論文，_{研究采用Ph4PCl增強(qiáng)的AFADESI-Orbitrap質(zhì)譜成像技術(shù)，首次可視化呈現(xiàn)外源污染物與內(nèi)源代謝物在妊娠全程的空間分布及積累動(dòng)態(tài)}，結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，鑒定出關(guān)鍵污染物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SR-B1并闡明轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，明確孕早期向血營養(yǎng)過渡階段為胎兒暴露的關(guān)鍵窗口期，為孕期環(huán)境污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控提供了全新的科學(xué)依據(jù)。

質(zhì)譜成像技術(shù)突破：實(shí)現(xiàn)毒物與代謝物的同步空間可視化

疏水性 POPs 因缺乏可電離官能團(tuán)，其組織內(nèi)空間分布的直接成像一直是技術(shù)難點(diǎn)。萬祎教授團(tuán)隊(duì)此前通過在噴霧溶劑中添加四苯基氯化膦（Ph?PCl），結(jié)合AFADESI-Orbitrap質(zhì)譜成像技術(shù)，顯著提升了鹵代烷烴類物質(zhì)的檢測靈敏度，為此類疏水性污染物的高靈敏檢出建立了良好基礎(chǔ)。(DOI:10.1021/acs.est.3c05817)

本研究沿用該技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了疏水性污染物中鏈氯化石蠟（MCCPs）在胎盤與胎鼠組織中的全妊娠期空間分布可視化。結(jié)果顯示，在胎盤中，MCCPs在妊娠早期（E10.5–E12.5）時(shí)于胎盤迷路區(qū)（LZ）濃度最高，迷路區(qū)正是胎盤母胎物質(zhì)交換的核心區(qū)域；而當(dāng)胎盤發(fā)育至E14.5之后，MCCPs在胎盤中的空間分布特征發(fā)生逆轉(zhuǎn)，此時(shí)MCCPs在胎盤蛻膜區(qū)（DZ）最高。動(dòng)態(tài)變化分析表明，MCCPs在LZ區(qū)的濃度于E12.5達(dá)到峰值，證實(shí)E10.5–E12.5是暴露的關(guān)鍵窗口期。在胎鼠中，中 樞神經(jīng)系統(tǒng)在E13.5達(dá)到峰值后快速下降，這為后續(xù)解析毒物的器官特異性毒性提供了精準(zhǔn)的空間定位信息。

圖1 疏水性MCCPs（代表性同系物：C₁₆H₂₇Cl₇）在發(fā)育中胎盤和胎鼠中的時(shí)空異質(zhì)性（點(diǎn)擊查看大圖）

多組學(xué)聯(lián)合鎖定跨胎盤關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SR-B1

為解析孕早期毒物高效跨胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制，研究將質(zhì)譜成像空間代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與胎盤單細(xì)胞核RNA測序snRNA-seq數(shù)據(jù)整合分析，通過t-SNE劃分出滋養(yǎng)層祖細(xì)胞（LaTP）及其后代分化細(xì)胞（SynTI、SynTII、S-TGC）。發(fā)育動(dòng)態(tài)顯示，祖細(xì)胞在E9.5–E14.5逐漸減少，而構(gòu)成胎盤屏障的分化細(xì)胞則逐漸增加。結(jié)合污染物在LZ中E11.5多、E14.5后少的分布趨勢，篩選出在胎盤迷路區(qū)祖細(xì)胞中高表達(dá)、在分化細(xì)胞中低表達(dá)的脂質(zhì)相關(guān)蛋白SR-B1，為孕早期介導(dǎo)疏水性毒物跨胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵階段特異性蛋白。經(jīng)空間轉(zhuǎn)錄組和免疫組化驗(yàn)證，其時(shí)空表達(dá)模式與污染物及內(nèi)源脂質(zhì)一致。

圖2 胎盤疏水性毒物和脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的鑒定

質(zhì)譜成像直觀驗(yàn)證SR-B1調(diào)控作用

已知SR-B1通過與高密度脂蛋白（HDL）相互作用參與脂質(zhì)運(yùn)輸，研究推測污染物可能通過該途徑進(jìn)入胎鼠。細(xì)胞攝取與分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)證實(shí)，污染物結(jié)合HDL形成復(fù)合物，由SR-B1介導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞。研究進(jìn)一步對(duì)三組樣本開展成像分析：MCCPs單獨(dú)、MCCPs聯(lián)合PPARγ激動(dòng)劑Rosi（以調(diào)控SR-B1表達(dá)）、以及MCCPs聯(lián)合SR-B1抑制劑BLT-1。結(jié)果顯示，Rosi顯著增加MCCPs及多種脂質(zhì)在胎盤迷路區(qū)與胎兒肝臟的分布，BLT-1則顯著減少，直觀驗(yàn)證了SR-B1對(duì)污染物與脂質(zhì)跨胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控作用。

圖3 SR-B1介導(dǎo)的疏水性MCCPs與脂質(zhì)在體內(nèi)的跨胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)（點(diǎn)擊查看大圖）

污染物妊娠早期暴露誘發(fā)的潛在神經(jīng)毒性

鑒于MCCPs在早期胎兒中 樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）有明顯分布，研究重點(diǎn)評(píng)估了該階段的空間代謝干擾。結(jié)果顯示，E11.5時(shí)MCCPs暴露導(dǎo)致胎兒CNS中磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰肌醇（PI）、神經(jīng)酰胺（Cer）和二酰甘油（DG）等多種毒性脂質(zhì)顯著升高，并持續(xù)至E17.5。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了MCCPs的脂毒性效應(yīng)。該發(fā)現(xiàn)首次證實(shí)妊娠早期暴露于疏水性污染物可引起胎兒神經(jīng)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的持續(xù)性紊亂。

圖4 早期接觸疏水性毒物與胎兒神經(jīng)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的持續(xù)破壞相關(guān)（點(diǎn)擊查看大圖）

AFADESI-Orbitrap質(zhì)譜成像

開啟孕期毒理研究新范式

此前，污染物轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的研究多依賴于分娩時(shí)的母胎樣本比較，或更傾向于靶向代謝組學(xué)檢測，缺乏對(duì)整個(gè)妊娠期（尤其是妊娠早期）污染物與內(nèi)源代謝物時(shí)空異質(zhì)性的系統(tǒng)解析。本研究萬祎教授團(tuán)隊(duì)采用AFADESI-Orbitrap質(zhì)譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)污染物與內(nèi)源代謝物的同步高靈敏成像，開展非靶向空間代謝組學(xué)分析，這為解析外源污染物轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制、發(fā)現(xiàn)潛在毒性提供全新視角。

質(zhì)譜成像技術(shù)將有力推動(dòng)環(huán)境毒理學(xué)研究向縱深發(fā)展，通過直觀可視化毒性物質(zhì)在生物體內(nèi)的分布與代謝，助力精準(zhǔn)識(shí)別潛在毒性靶點(diǎn)與關(guān)鍵生物學(xué)途徑，為深入理解 毒性傳遞機(jī)制、發(fā)現(xiàn)潛在發(fā)育毒性、開展精準(zhǔn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐與創(chuàng)新的方法范式。

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