中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究组在环境健康风险与转化毒理学方面取得新进展，相关研究成果近期陆续发表于Nano Letters (Wang, et al. 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02127), ACS Nano (Zhang, et al. 2019, 13: 2050-61; Zhang, et al. 2019, 13: 2729-48) 和Environment International (Shen, et al. 2019, 128: 146-57)。
纳米银（AgNPs）作为应用最广泛的纳米材料之一，其环境健康风险受到广泛关注。该课题组近期的研究发现，在低剂量暴露下，尽管没有明显的细胞毒性， AgNPs暴露却导致雌性小鼠胚胎干细胞（mESCs）分化受到显著抑制，并发现X染色体失活（XCI）及其所导致的X染色体连锁基因的下调表达是重要的作用机制。AgNPs暴露后雌性mESCs中应失活X染色体（Xi）的失活程度增加即过早失活，活化X染色体（Xa）的活化状态维持减弱，导致了X染色体连锁的与分化相关的诸多调控基因启动子区域的抑制性组蛋白修饰（如H3K27me3）富集增加，基因表达水平显著下降，这些变化最终导致了干细胞分化受阻（图1）。在雄性干细胞中没有观察到如此效应。另外，该研究组同时发现基于黑磷的纳米材料，细胞毒性低，生物相容性好，并表现出优越的抗肿瘤转移特性。这些研究成果为揭示纳米材料的环境健康风险与开展转化毒理应用具有科学意义。
图1. 低剂量纳米银暴露诱发X染色体失活状态机制示意图
多氯联苯PCB126是一种典型的持久性有机污染物，虽已被禁用多年，但仍广泛分布于环境介质和生物体中。众多的研究表明PCBs暴露会引起肝脏代谢紊乱，然而对于其低剂量暴露下的肝脏代谢毒性机制了解甚少。该研究组最近发现，PCB126低剂量暴露显著改变了肝细胞中诸多核心节律基因及其下游的控制糖和脂肪代谢的节律基因表达（包括糖脂有氧氧化与转运和存储等相关的基因），引发这些节律基因表达震荡紊乱，从而导致了肝脏中葡萄糖、甘油三脂和胆固醇显著累积（图2）。这些发现为揭示PCBs 等污染物诱发肝脏代谢性疾病的作用机制提供重要思路。
图2. PCB126干扰生物节律震荡并诱发糖脂代谢机制示意图
以上研究工作得到了中科院先导专项B、国家973项目和国家基金委项目的支持。
相关论文链接：
论文1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02127
论文2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08604
论文3：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412019303435