磷的有效性通过改变微生物群落的结构和功能,影响植物与白腐菌共同修复被多环芳烃污染土壤的效率
《Ecotoxicology and Environmental Safety》:Phosphorus availability affects the efficiency of plant–white rot fungus remediation of soil contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons by altering microbial community structure and functions
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时间:2025年11月16日
来源:Ecotoxicology and Environmental Safety 6.1
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PM暴露通过ROS依赖的机制激活中性粒细胞NETosis,并导致过氧化物体稳态失调,引发pexophagy。抑制ROS或NETosis可阻断此过程,揭示了PM诱导炎症的新机制。
PM作为主要的空气污染物,已被证实能够引发机体的炎症反应,并且其对中性粒细胞的影响尤其值得关注。中性粒细胞是先天免疫系统的关键效应细胞,它们在宿主防御中起着至关重要的作用,包括吞噬作用、生成活性氧(ROS)、脱颗粒、细胞凋亡以及中性粒细胞胞外陷阱(NETs)的形成。然而,NETs的异常形成可能成为炎症的驱动因素,从而导致一系列病理条件,如自身免疫性疾病、动脉粥样硬化、癌症和败血症。因此,研究PM对中性粒细胞NETosis及相关细胞器功能的影响,不仅有助于理解环境污染物如何干扰免疫稳态,也为开发针对PM诱导炎症的治疗策略提供了新的思路。
本研究聚焦于PM对中性粒细胞中NETosis和过氧化物酶体动态的影响。通过RNA测序技术,我们发现PM处理后,骨髓来源的中性粒细胞(BMDNs)中存在2436个差异表达基因(DEGs),其中涉及NETosis相关基因(如Padi4、Mpo和H3f3b)的上调,以及与过氧化物酶体质量控制和降解相关的基因(如Pex5、Ubb、Rps27a、Nbr1、Map1lc3b和Sqstm1)的表达变化。进一步的功能分析表明,PM暴露增加了ROS水平,并诱导了PAD4和citrullinated组蛋白H3(citH3)的表达,这表明NETosis依赖于ROS。同时,过氧化物酶体相关标志物如ACOX1、PEX5、PMP70和过氧化氢酶的表达呈现出动态变化。尽管这些标志物在短期内有所上调,但PEXophagy(过氧化物酶体选择性自噬)被激活,表现为p62、beclin-1、NBR1和LC3B水平的增加,以及LC3B与过氧化物酶体蛋白PEX13的共定位。通过使用ROS抑制剂DPI或NET抑制剂Cl-amidine,我们发现这些抑制剂能够显著减弱PEXophagy的激活,表明PM诱导的过氧化物酶体降解是由ROS依赖的NET形成驱动的。这些结果揭示了一个新的ROS-NET-过氧化物酶体轴,为理解环境压力下免疫失调提供了新的视角,并指出了潜在的治疗靶点。
在实验方法上,本研究采用了多种技术手段,包括RNA测序、基因功能富集分析、蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析、Western blot、免疫荧光染色和SYTOX绿色染色等。通过这些方法,我们不仅能够从转录水平了解PM对中性粒细胞基因表达的影响,还能在蛋白水平和细胞形态学上验证相关机制。例如,在RNA测序中,我们筛选出显著上调和下调的基因,并通过基因本体(GO)和KEGG通路分析,揭示了这些基因在免疫反应、ROS生成、组蛋白修饰和自噬过程中的作用。同时,通过PPI网络分析,我们发现了与PEXophagy相关的蛋白质之间存在紧密的相互作用,进一步支持了PM诱导的过氧化物酶体降解的分子机制。
在实验结果方面,我们发现PM暴露不仅激活了中性粒细胞的NETosis过程,还引发了过氧化物酶体质量控制的改变。在BMDNs中,PM处理后,过氧化物酶体相关蛋白如ACOX1和PEX5在1小时后显著上调,但在3小时后又下降,这可能反映了细胞对PM诱导的氧化应激的短暂应答。相比之下,过氧化氢酶的表达持续上升,这可能是细胞在应对氧化应激时的补偿性抗氧化反应。同时,PEXophagy相关蛋白如p62、beclin-1和LC3B的表达增加,以及LC3B与PEX13的共定位,进一步证明了过氧化物酶体降解的发生。此外,我们在dHL-60细胞中也观察到了类似的现象,说明这一机制在不同类型的中性粒细胞中具有普遍性。
在讨论部分,我们强调了PM诱导的NETosis与过氧化物酶体降解之间的复杂关系。PM作为一种非感染性应激源,其对中性粒细胞的影响可能与NETosis在无菌炎症中的作用类似。我们的研究不仅验证了ROS在NETosis中的关键作用,还发现NETosis通过ROS依赖的机制触发了PEXophagy。这种ROS-NET-过氧化物酶体轴的发现,为理解环境污染物如何干扰细胞器稳态提供了新的视角。此外,我们还指出,尽管PEXophagy在急性PM暴露时可能作为保护机制,但长期或慢性暴露可能导致其转变为有害的过程,从而影响脂质代谢和抗氧化防御,加剧细胞功能障碍和炎症损伤。
本研究的意义在于揭示了环境污染物如何通过复杂的细胞机制影响免疫系统。在急性暴露阶段,细胞通过PEXophagy清除受损的过氧化物酶体,以维持红ox平衡。然而,在慢性暴露下,持续的ROS生成和NETosis可能导致PEXophagy的过度激活,最终导致功能性过氧化物酶体的耗竭,进而影响细胞的正常功能。这一发现不仅加深了我们对PM诱导炎症机制的理解,也为未来研究环境污染物对免疫细胞的影响提供了新的方向。例如,探索NETosis与过氧化物酶体降解之间的相互作用是否形成恶性循环,或者是否可以通过调节这一轴来减轻PM对免疫系统的负面影响。
此外,本研究还提出了未来研究的多个方向。首先,我们假设受损的过氧化物酶体可能通过反馈机制进一步加剧NETosis反应。例如,过氧化物酶体功能障碍导致ROS清除能力下降,可能增加细胞的氧化应激水平,从而进一步激活NETosis。其次,我们强调本研究主要基于体外模型,因此未来需要在动物模型中验证ROS-NET-过氧化物酶体轴的生理相关性,以确认其在炎症性疾病发生发展中的作用。这些研究方向将有助于更全面地理解PM对免疫系统的长期影响,并为开发新的治疗策略提供理论依据。
综上所述,本研究通过系统的实验设计和多种分析手段,揭示了PM暴露如何通过ROS依赖的NETosis过程触发过氧化物酶体的降解。这一发现不仅扩展了我们对环境污染物影响免疫系统的认识,也为理解炎症性疾病的发生机制提供了新的视角。同时,研究结果提示,针对NETosis或调节PEXophagy可能成为减轻PM对免疫细胞功能影响的有效策略。未来的研究应进一步探索这一轴的动态变化及其在不同环境条件下的调控机制,以期为防治空气污染相关疾病提供更深入的理论支持和潜在的治疗靶点。
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