肝细胞类型与物种特异性LncRNA在TCDD激活AhR通路中的调控作用及其对代谢功能障碍相关脂肪肝病的意义

《Scientific Reports》：Cell type- and species-specific regulation of hepatic lncRNAs by TCDD-activated aryl hydrocarbon receptor

本研究针对环境污染物TCDD通过激活芳香烃受体（AhR）诱发肝毒性机制尚不明确的难题，系统分析了小鼠和大鼠肝脏中长链非编码RNA（LncRNA）的剂量依赖性表达模式。通过整合单核RNA测序（snRNAseq）与AhR基因组富集数据，首次揭示LncRNA在肝细胞分区（门静脉周与中央静脉周）及物种间存在差异化调控，并鉴定出52个与脂肪变性、纤维化及肝细胞癌相关的LncRNA。该研究为阐明AhR介导的肝病进展提供了非编码RNA层面的新机制，对毒性评估和肝病干预策略具有重要参考价值。

　　

当我们谈论环境污染对肝脏的损害时，二噁英类物质尤其是2,3,7,8-四氯二苯并-p-二噁英（TCDD）常被视为典型代表。这种持久性有机污染物通过激活芳香烃受体（AhR），不仅干扰机体正常代谢，还会诱发一系列肝脏病理变化，如脂肪堆积、炎症反应乃至纤维化，其表现与人类代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）高度相似。然而，过去的研究多聚焦于蛋白质编码基因的调控，对占基因组绝大部分的非编码区域，尤其是长链非编码RNA（LncRNA）在TCDD毒性中的作用知之甚少。LncRNA虽不编码蛋白质，却在基因表达调控、细胞分化及疾病发展中扮演关键角色，其异常表达与肿瘤、代谢性疾病乃至神经退行性病变密切相关。在此背景下，美国密歇根州立大学的Gavin A. Post与Giovan N. Cholico等研究人员开展了一项跨物种、多组学的深入研究，旨在揭示TCDD通过AhR调控LncRNA的分子图谱，及其在肝毒性进程中的潜在作用。

研究团队整合了小鼠和大鼠的体内批量RNA测序（RNAseq）数据、小鼠肝脏单核RNA测序（snRNAseq）数据，以及AhR染色质免疫沉淀测序（ChIPseq）和计算机预测的二噁英响应元件（pDRE）信息。通过生物信息学分析，系统比较了TCDD暴露下LncRNA与mRNA的表达差异，并深入探讨了其在不同肝细胞类型（如门静脉周肝细胞、中央静脉周肝细胞、巨噬细胞等）中的特异性调控模式。

研究结果

AhR基因组富集特征分析

研究人员首先分析了pDRE和AhR基因组富集在转录起始位点（TSS）附近的分布。结果显示，在小鼠和大鼠中，LncRNA和mRNA的pDRE及AhR富集频率均在TSS附近显著升高，但LncRNA的调控元件更集中分布于TSS上游区域，提示LncRNA与mRNA可能共享部分调控机制，但也存在独特的转录调控景观。

跨物种差异表达基因比较

通过剂量反应实验，研究发现在TCDD处理下，小鼠肝脏中有2,386个LncRNA和6,071个mRNA发生差异表达，而大鼠中分别为916个LncRNA和3,056个mRNA。其中，203个LncRNA和1,492个mRNA在两个物种中共同差异表达。这些共同差异表达的转录本呈现出相似的诱导或抑制聚类模式，但也存在部分LncRNA表现出物种特异性甚至相反的调控趋势，例如Lnc19317在小鼠中诱导表达而在大鼠中被抑制，凸显了AhR调控网络的物种差异性。

细胞类型特异性差异表达

snRNAseq分析揭示了TCDD在不同肝细胞类型中引发的LncRNA和mRNA表达变化。中央静脉周和门静脉周肝细胞差异表达的LncRNA数量最多（分别为3,463和3,654个），巨噬细胞次之（2,161个）。值得注意的是，虽然约41.7%的差异表达mRNA具有AhR富集且包含pDRE，但仅有约20%的差异表达LncRNA具备此特征，提示AhR对LncRNA的调控可能更多通过非经典（非DRE依赖）途径实现。

肝分区特异性LncRNA表达

对门静脉周和中央静脉周肝细胞的进一步分析发现，两者共有2,027个差异表达LncRNA，但也分别存在1,259个（门静脉周）和1,068个（中央静脉周）特异性表达的LncRNA。部分LncRNA（如Lnc757和Lnc34452）在两个分区表达趋势一致，而另一些（如Lnc32381和Lnc9692）则呈现相反调控，甚至存在分区限制性表达（如Lnc5675仅门静脉周表达，Lnc13725仅中央静脉周表达）。这表明LncRNA可能参与介导TCDD的肝分区特异性效应。

LncRNA与肝脏疾病关联

通过比对小鼠基因组信息学（MGI）数据库，研究鉴定出51个在肝细胞中受TCDD调控且已有功能注释的LncRNA。其中多个LncRNA与肝脏稳态或病理过程密切相关，如Malat1、Neat1、Snhg3与肝脏脂肪变性相关；Airn、Malat1等与肝纤维化相关；而Bc1、Dleu2、Meg3等则在肝细胞癌（HCC）中发挥促癌或抑癌作用。这为理解TCDD通过调控特定LncRNA参与肝病进展提供了直接线索。

结论与意义

本研究通过多组学整合分析，首次系统描绘了TCDD通过AhR调控肝脏LncRNA表达的剂量依赖性、细胞类型特异性及物种差异性图谱。研究发现，虽然部分LncRNA受AhR经典通路（DRE依赖）调控，但大部分LncRNA的差异表达可能涉及非经典机制。肝细胞内LncRNA的分区特异性表达模式进一步提示其可能参与TCDD的空间特异性肝毒性效应。此外，鉴定出的多个与脂肪变性、纤维化及肝癌相关的LncRNA，为阐明AhR激动剂诱发肝毒性的新机制提供了重要依据。该研究不仅拓展了人们对AhR调控网络的认识，也提示LncRNA有望作为新型生物标志物，用于化学物毒性及致癌性筛查评估体系的优化，具有重要的毒理学理论与应用价值。论文发表于《Scientific Reports》。